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

• 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

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。

这项研究的目的是证明使用铁电纳米棒中去极化电场对极化的偏振化的易变来证明巨型压电反应的表达机制。在2021年的最后一年，我们分析了使用脉冲激光沉积（PLD）方法在电场下自组装和生长的原位观察结果。分析了测量频率和脉冲电压对时间宽度的依赖性，分析了通过同步加速器X射线衍射观察到的PZT纳米棒的晶格间距的变化。主要测量条件是下面显示的三个条件。 （1）应用直流电流（DC）电压，（2）在1 ms循环中施加脉冲电压，其时间宽度为5至200μs，并且（3）在800 ns循环中应用脉冲电压，其时间宽度为200 ns循环。上述时间分辨的X射线衍射测量结果表明，PZT纳米棒中导致压电性能大大改善的因素是时间依赖性的，并且无法通过单独极化的大小变化来解释。这表明，与热力学现象学模型所预测的结果相似，极化旋转是导致大量压电反应的因素。此外，可以通过将本研究中提出的纳米棒制造方法应用于相同的无铅钙钛矿（K，Na）NBO3（KNN）来制造KNN纳米棒。这种纳米棒制造技术表明，它可以用作通用技术，而与材料的组成元素无关。因此，研究结果表明，由于去极化电场而导致的极化是引起巨大压电反应的一个因素。我们认为实现了这一研究主题的目标。

项目成果

Czech Academy of Sciences(チェコ)

捷克科学院（捷克共和国）

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

• 发表时间: 2021
• 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

• 发表时间: 2019
• 作者: K. Okamoto;T. Yamada;O. Sakata;M. Yoshino;and T. Nagasaki
• 通讯作者: and T. Nagasaki

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

• DOI: 10.1063/5.0023937
• 发表时间: 2020-10
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Jundong Song;Tomoaki Yamada;K. Okamoto;M. Yoshino;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