ケイ酸塩系新圧電結晶の結晶構造に基づく材料設計と高温振動子の開発

基于新型硅酸盐基压电晶体晶体结构的高温振荡器材料设计与开发

• 批准号: 22H02162
• 负责人: 武田 博明
• 金额: $ 11.07万
• 依托单位: Saitama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02162/
• 关键词: 圧電結晶; 高温特性; 圧電センサ; 機械的強度; 温度特性; 結晶育成; 結晶構造解析; 圧電結晶; 高温特性; 圧電センサ; 機械的強度; 温度特性; 結晶育成; 結晶構造解析

今年度はオケルマナイト Ca2MgSi2O7(CMS)の Ca に対して Sr を置換した Ca2-xSrxMgSi2O7(Sr 置換オケルマナイト。以降、CSMS100x)単結晶について調査した。科研費 19H02797 の成果で、チョクラルスキー（Cz）法により x=0.3 までのバルク単結晶が育成されている。また、Jiang(1998)によると、育成方法に関する記述は無いものの、x≧0.64 で育成が困難になると報告されている。よって、0.3<x<0.64 の組成でバルク単結晶の合成報告が無い。そこで、Cz 法により組成が 0.3<x<0.64 である Sr 置換オケルマナイト単結晶を合成し、Sr 置換が電気的特性へ与える影響を調査した。Cz 法により CSMS100x (x=0、0.4、0.5、0.6)結晶を育成したところ、CSMS40 およびCSMS50 は結晶全体がメリライト型単相であるのに対し、CSMS60 では不純物としてメルウィナイト相が含まれていた。育成結晶の格子定数 a、c を算出した結果、Sr 置換量が大きくなるにつれ、a、c ともに増加する。また、Sr 置換量 x に対する格子定数比 a/c をプロットしたところ、x が増加するにつれて a/c が減少し、これらには負の相関があることがわかった。CMS、CSMS30、CSMS40 の圧電 d36 定数を測定した結果、それぞれ 5.71 pC/N、4.3 pC/N、4.04 pC/N となった。これより、Sr 置換 x により圧電 d36 定数が減少する傾向があった。以上、結晶育成の容易さや圧電定数を考慮すると、デバイス用途に最適な Sr 置換オケルマナイトの結晶組成は CSMS30～40 間にあることがわかった。

今年，我们研究了CA2-XSRXMGSI2O7（SR取代的盎格鲁人，Ca2MGSI2O7（CMS），其中在旧的CA2MGSI2O7（CMS）中，SR用CA替换为CA。根据Jiang（1998）的说法，最多使用Czochralsky（CZ）的方法来生长X = 0.3，尽管没有描述开发方法的描述，但X≧0.64很难开发，因此很难开发。使用CZ方法合成了0.3 <x <0.64，当CSMS100X（x = 0，0.4，0.5，0.6）晶体使用Cz方法，CSMS40和CSMS50是MERILITE型单相中的整个晶体时，研究了CSMS100X（X = 0、0.4、0.5、0.6）的效果。由于计算生长晶体的晶格常数A和C，随着SR替代量的增加，A和C的增加。此外，当绘制晶格恒定比A/C相对于SR替代X的量时，发现A/C随着X的增加而降低，并且这些量是负相关的。测量了CMS，CSM030和CSMS40的压电D36常数，结果分别为5.71 PC/N，4.3 PC/N和4.04 PC/N。结果，由于SR替代X，压电电D36常数降低存在趋势。考虑到晶体生长和压电常数的易感性，发现SR取代的Orchermanite的晶体组成非常适合设备应用，在CSMS30和40之间。