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超音波水熱合成粉末による鉛フリー圧電材料の研究

超声水热合成粉末无铅压电材料的研究

基本信息

批准号：
11J02974
负责人：
前田孝文
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

非鉛圧電セラミックスの代表として, 優れた圧電特性と温度特性を持つ(K, Na) NbO_3(以下KNN)セラミックスに注目した. 通常, 圧電セラミックスは固相反応法を用いて原料となるセラミックス粉末を得る. しかし, KNNの合成で, 固相反応法を用いて高品質なセラミックス粉末を得ることは困難である. まず, 原料粉末の炭酸カリウムには潮解性があるため, 精密な秤量が困難である. また, 仮焼きの際にNaとKが蒸発し, 合成後の粉末中のNbと(K+Na)の組成が1:1にならないため, 得られる焼結体の誘電損失が増加する. さらに, ボールミル処理では, 毎回20時間以上かかること, 不純物が混入することが問題である. そこで, 水熱合成法を用いて粉末の合成を行うことで, それらの問題を解決できる. 水熱合成法はイオン反応を利用しており, 最終的に得られるKNbO_3中のNbとKの組成比は自動的に1:1となる. さらに, 水溶液中のイオン反応において微細な粉末を得ることができることも報告されている. 本研究では高品質粉末が合成できる水熱合成法を用いて, KNN系セラミックスの合成実験を行った. また, 合成した材料をハイドロホンとしての応用も行った.水熱合成法によって得たKNbO_3, 粉末とNaNbO_3粉末にLiNbO_3を粉砕することで得られたLiNbO_3粉末を添加し, 圧電特性の制御を行った. その結果, (Li, K, Na) NbO_3セラミックスは高い圧電定数d_<33>=203pC/Nを示し, キュリー点は482℃であった. 水熱合成法による(K_<0.48>Na_<O. 52>)NbO_3セラミックス焼結体は密度98%以上の高密度焼結体が得られ , 優れた圧電出力定数g_<33>=28.8×10^<-3>Vm/Nを示し, キュリー点温度がTc>420℃と高く, 温度に対する動作範囲が広いこと, Qm値が低いために広範囲の周波数での応答が滑らかなソフトな材料であった. (Ko_<48>Nao_<52>)NbO_3をハイドロホンとして応用すると, PZTのハイドロホンと互換性のある出力が得られることが分かった. また, ハイドロホンとして応用できたことで, ソナーのようなトランスデューサや, 医療用超音波診断装置などに用いることができると期待できる.

Non-lead voltage characteristics and temperature characteristics of (K, Na) NbO_3 (below KNN) are important. Usually, the voltage conversion method is used to convert raw materials into powder. The synthesis of KNN by solid phase reaction method is difficult to obtain high quality KNN powder. The raw material powder of carbon acid is deliquescent and difficult to measure accurately. When Na and K are evaporated during sintering, the composition of Nb and (K + Na) in the powder after synthesis is 1:1, and the inductive loss of the sintered body increases. For more than 20 hours per cycle, impurities are mixed in. Hydrothermal synthesis method is used to solve the problem of powder synthesis. Hydrothermal synthesis method is used to obtain Nb and K in KNbO_3 with a composition ratio of 1:1. In this case, the fine powder in the aqueous solution was obtained by the reaction of the solvent and the solvent. In this study, high quality powder was synthesized by hydrothermal synthesis method. KNN system was synthesized by hydrothermal synthesis method. The material is made of synthetic materials. Hydrothermal synthesis of KNbO_3, NaNbO_3 powder and LiNbO_3 powder was studied. The results show that (Li, K, Na) NbO_3 has a high voltage constant d_= 203 pC/N and a high voltage constant d_= 482 ℃.<33>(K_Na_) NbO_3 sintered body with density above 98% was obtained by hydrothermal synthesis method, and the optimum voltage output g_= 28.8 × 10 ^Vm/N was obtained.<0.48><O. 52><33><-3>(Ko PZT_3 is a new type of piezoelectric material.<48><52>Medical ultrasonic diagnostic devices are used in medical applications.