結合原子価論と格子エネルギー計算による鉛含有ペロブスカイト誘電体の安定化機構の解明

利用键价理论和晶格能计算阐明含铅钙钛矿电介质的稳定机制

基本信息

批准号：
08750780
负责人：
脇谷尚樹
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

鉛を含むペロブスカイト誘電体、特に代表的な緩和型誘電体であるマグネシウムニオブ酸鉛(Pb(Mg1/3Nb2/3)O_3、以下PMN)と亜鉛ニオブ酸鉛(Pb(Zn1/3Nb2/3)O_3、以下PZN)などは非常に高い誘電率を持ち、誘電率の温度変化が小さいため、超小型のセラミックスコンデンサー材料として実際に利用されている.しかしながらPMNの合成時には誘電特性を低下させるパイロクロア型複酸化物が共存しやすく、PZNの場合には添加物を加えないとペロブスカイト型複酸化物が安定化されずに生成しない.本研究ではこのような鉛を含むペロブスカイト型複酸化物の安定化機構を結合原子価論を用いた計算と格子エネルギー計算によって解明することを行った.その結果、PMNについては格子エネルギーの観点からはペロブスカイトとパイロクロアではパイロクロアの方が若干エネルギー的に安定であるが、その差は小さいこと、結合価数の観点からはペロブスカイトよりもパイロクロアの方が陽イオンと酸素イオンとの結合力がより強固であることがわかった.これらのことから、PMNの合成中にパイロクロア型複酸化物は消滅しにくいことが明らかにされた.PZNについては結合原子価論に基づく計算から、陽イオンと酸素イオンとの結合力は鉛を含むペロブスカイト型複酸化物の中で最小であることがわかった.また、PZNのペロブスカイト型複酸化物を安定化させるのに必要な各種の添加元素の量は結合原子価計算に基づき定量的に算出できることが明らかになった.本研究で用いた手法は鉛を含まない一般のペロブスカイト型複酸化物に対しても適用することができる.したがって、今後新たな複合ペロブスカイト型複酸化物探索の指針を与え得るものであると考えられる.

含铅钙钛矿电介质，特别是铌酸铅镁(Pb(Mg1/3Nb2/3)O_3，以下简称PMN)和铌酸铅锌(Pb(Zn1/3Nb2/3)O_3，是典型的弛豫电介质) ，以下简称PZN）具有非常高的介电常数，且介电常数随温度的变化很小，因此实际上被用作超小型陶瓷电容器的材料。然而，在合成PMN时，介电性能会下降。在PZN的情况下，除非添加添加剂，否则钙钛矿型双氧化物不会稳定并且不会形成。通过使用键价理论和晶格能计算的计算阐明了PMN的稳定机制。对于PMN，烧绿石的晶格能优于钙钛矿和烧绿石。虽然能量上有些稳定，但差异很小，并且从键价的角度来看，发现烧绿石在阳离子和氧离子之间的结合力比钙钛矿更强，因此表明烧绿石型双氧化物是。对于PZN，基于键价理论的计算表明，阳离子与氧离子之间的键合力强于含铅图案重复的钙钛矿。发现它是所有氧化物中最小的，并且还清楚的是，可以根据本研究中使用的方法来定量计算稳定PZN的钙钛矿型混合氧化物所需的各种添加元素的量。也可以应用于不含铅的普通钙钛矿型双氧化物，因此可以为未来寻找新型复合钙钛矿型双氧化物提供指导。