PZTナノロッドの分極のソフト化による巨大圧電応答の実現と非鉛材料への展開

软化PZT纳米棒极化实现巨大压电响应及其在无铅材料中的应用

基本信息

批准号：
19J21955
负责人：
岡本一輝
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J21955/
关键词：
強誘電体圧電体ナノ構造サイズ効果

项目摘要

本研究の目的は、強誘電体ナノロッドにおいて脱分極電界による分極のソフト化を用いた巨大圧電応答の発現メカニズムの実証することである。最終年度となる令和３年度は、パルスレーザー堆積（PLD）法で自己組織化成長させたチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）ナノロッドの電場下でその場観察した結果の解析を行った。放射光X線回折により観察したPZTナノロッドの格子面間隔の変化を測定周波数やパルス電圧の時間幅依存性について解析した。主な測定条件は以下に示す3条件である。(1) 直流（DC）電圧を印加、(2) 5~200 μsの時間幅のパルス電圧を1 ms周期で印加、(3) 200 ns の時間幅のパルス電圧を800 ns周期で印加。以上の時間分解X線回折測定の結果よりPZTナノロッドでの大きな圧電特性の向上をもたらす要因には時間依存性があり、分極の大小変化だけでは説明できないことが明らかになった。これより熱力学現象論モデルにより予測された結果と同様に、大きな圧電応答をもたらす要因は分極回転であることが示唆的である。また、本研究で提案するナノロッド作製手法を同じ非鉛ペロブスカイト型酸化物である(K, Na)NbO3（KNN）に適用することでKNNナノロッドを作製できることを明らかにした。本ナノロッド作製手法は材料の構成元素に依存しない普遍的な手法として適用できることを示している。このように研究結果は脱分極電界による分極のソフト化が巨大圧電応答を誘起する要因であることを示唆している。本研究課題の目的を達成できたと考えている。

本研究的目的是通过去极化电场软化极化来证明铁电纳米棒中发生巨压电响应的机制。在2021财年，即该项目的最后一年，我们分析了使用脉冲激光沉积（PLD）方法自组装和生长的锆钛酸铅（PZT）纳米棒在电场下的原位观察结果。通过同步辐射X射线衍射观察到的PZT纳米棒晶格间距的变化对测量频率和脉冲电压时间宽度的依赖性进行了分析。主要测量条件为以下三个条件。 (1) 施加直流 (DC) 电压， (2) 施加时间宽度为 5 至 200 μs，周期为 1 ms 的脉冲电压， (3) 施加时间宽度为 200 ns，周期为 200 ns 的脉冲电压。 800 纳秒。上述时间分辨X射线衍射测量结果表明，导致PZT纳米棒压电性能大幅提高的因素是时间依赖性的，不能仅用极化的变化来解释。这表明极化旋转是产生大压电响应的因素，与热力学唯象模型预测的结果类似。我们还证明，可以通过将本研究中提出的纳米棒制造方法应用于（K，Na）NbO3（KNN）来制造KNN纳米棒，（K，Na）NbO3（KNN）是相同的无铅钙钛矿氧化物。这表明这种纳米棒制造方法可以作为不依赖于材料的构成元素的通用方法来应用。研究结果表明，去极化电场引起的极化软化是引起巨压电响应的一个因素。我们相信我们已经实现了这个研究项目的目的。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Czech Academy of Sciences(チェコ)

捷克科学院（捷克共和国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

正方晶Pb(Zr,Ti)O3(111)ナノロッドにおける圧電応答増大メカニズムの実験・理論的検証

四方Pb(Zr,Ti)O3(111)纳米棒压电响应增强机制的实验与理论验证

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
岡本一輝;山田智明;吉野正人;長崎正雅
通讯作者：
長崎正雅

Size Dependence of Piezoelectric Response in (111)-oriented Tetragonal Pb(Zr, Ti)O3 Nanorods

(111) 取向四方 Pb(Zr, Ti)O3 纳米棒中压电响应的尺寸依赖性

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Okamoto;T. Yamada;O. Sakata;M. Yoshino;and T. Nagasaki
通讯作者：
and T. Nagasaki

Enhanced intrinsic piezoelectric response in (001)-epitaxial single c-domain Pb(Zr,Ti)O3 nanorods

(001)-外延单 c 域 Pb(Zr,Ti)O3 纳米棒中增强的本征压电响应

DOI：
10.1063/5.0012998
发表时间：
2020
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
Okamoto Kazuki;Yamada Tomoaki;Nakamura Kentaro;Takana Hidenori;Sakata Osami;Phillips Mick;Kiguchi Takanori;Yoshino Masahito;Funakubo Hiroshi;Nagasaki Takanori
通讯作者：
Nagasaki Takanori

Enhanced figure of merit in Pb(Zr,Ti)O3 nanorods for piezoelectric energy harvesting