新規ビスマス層状酸化物強誘電体の高性能圧電材料への展開

新型铋层状氧化物铁电材料开发成高性能压电材料

• 批准号: 14750238
• 负责人: 武田 博明
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Nara Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750238/
• 关键词: ビスマス層状構造強誘電体; 電気機械結合係数; 機械的品質係数; 残留分極値; Mn添加

近年、エレクトロニクスの分野で実用化されている鉛系ペロヴスカイト型強誘電体の性能に匹敵する、環境に優しい非鉛系材料の研究開発が必要不可欠と考えられている。本研究では非鉛系材料であるビスマス層状構造強誘電体(BLSF)の圧電材料への展開を目的にしている。本年度では、本報告者が見出した新規化合物Na_<0.5>Bi_<2.5>Ta_2O_9(NBT)、不揮発性メモリ材料として注目され圧電特性も期待できるSrBi_2Ta_2O_9(SBT)を中心に、それらのセラミックスを作製し、その電気的特性の評価を行った。また、それらの固溶体であるNBT-SBTについても同様に研究を行った。NBTにおいては、Mnをドープしたセラミックスで考えられうる全ての振動モードでの電気機械結合係数を求めることができた。その値は同構造をもつ他のBLSFと比較すると最大の値を示し、機械的品質係数Q_mに関してもBLSF特有の大きな値を示すことがわかった。また、SBTにおいては大きなk_<ij>とQ_mが得られる組成を探索するため、出発組成を変化させてセラミックスを作製し、その圧電特性について調べた。その結果、Sr_<1-x>Bi_<2+x>Ta_2O_9(x=0.2)とした不定比組成付近で圧電特性が最良となるように変化しており、その組成におけるk_<ij>は同構造のBLSFと比較しても大きな値を示した(k_p=10.6%、k_<33>=14.0%)。さらに、優れた電気特性が見出されたNBT、不定比組成SBT両者の固溶体を形成させることで更に良好な特性をもつ化合物が得られると考え、(1-x)NBT-(x)SBT固溶体セラミックスの作製と評価を行った。その結果、x=0.75とした試料において最も大きな械結合係数k_p、品質係数Q_m(k_p)が得られた。その値はk_p=8.6%,Q_m=7000となり、ベースマテリアルであるx=0(NBT)のk_p=6.6%,Q_m=5600、x=1.0(SBT)のk_p=8.1%, Q_m=6300と比べて大きくなることがわかった。本研究で見出したBLSFは高温・高周波用圧電体素子への応用が期待できることが分かった。

近年来，研究和开发与铅基钙钛矿铁电质量的性能相媲美的无铅材料被认为是必不可少的，这些材料已被用于电子领域的实际用途。这项研究旨在将无铅材料（无铅材料）发展成压电材料。在今年，我们主要生产了新的化合物Na_ <0.5> BI_ <2.5> TA_2O_9（NBT），由这位记者发现，SRBI_2TA_2O_9（SBT），它吸引了注意力作为非Volatile的记忆材料，并预计将具有Piezoelectric的物业和评估属性和评估属性，并具有电用性的propertial和Electical iqealies and Electicalies。还对这些实体溶液NBT-SBT进行了类似的研究。在NBT中，可以确定可以在MN掺杂的陶瓷中考虑的所有振动模式的机电耦合系数。已经发现，与具有相同结构的其他BLSF相比，该值是最大的值，并且机械质量因子Q_M还显示了BLSF独特的较大值。此外，为了搜索一个可以在SBT中获得大的K_ <ij>和Q_M的组合物，通过改变起始组合物来制备陶瓷，并检查了压电特性。结果，将压电性属性更改为最佳接近SR_ <1-X> BI_ <2+X> TA_2O_9（x = 0.2）的不确定比例组成的组成，并且在此组合中的K_ <jj>显示出比BLSF具有相同结构的更大值（K_P = 10.6％，K_p = 10.6％，K_ <33> 14.0.0％）。此外，进行了（1-X）NBT-（x）SBT SOL溶液陶瓷的制备和评估，认为可以通过形成具有出色的电气性能的NBT和SBT的实心溶液来实现，并且可以实现具有更好性能的化合物的形成。结果，获得了最大的机械耦合系数K_P和质量系数Q_M（K_P），用于X = 0.75的样品。值为k_p = 8.6％，q_m = 7000，发现该值大于基本材料，k_p = 6.6％，q_m = 5600，k_p = 8.1％，q_m = 6300，x = 1.0（SBT）。发现这项研究中发现的BLSF预计将用于高温和高频的压电元素。

项目成果

H.Takeda, R.Aoyagi, M.Matsushita, T.Shiosaki: "Crystal Structure and Electromechanical Coupling Properties of Na_<0.5>Bi_<2.5>Ta_2O_9 Dense Ceramics"Appl. Phys. A. 76. 295-297 (2003)

H.Takeda、R.Aoyagi、M.Matsushita、T.Shiosaki：“Na_<0.5>Bi_<2.5>Ta_2O_9致密陶瓷的晶体结构和机电耦合性能”应用。

K.Komagata, H.Takeda, S.Okamura, T.Shiosaki: "Synthesis and Electric Properties of (Na, Bi) Bi_2Ta_2O_9 Ceramics with Bismuth Layer-Structure"Electroceramics in Japan V. 215-218 (2002)

K.Komagata、H.Takeda、S.Okamura、T.Shiosaki：“具有铋层状结构的(Na,Bi) Bi_2Ta_2O_9 陶瓷的合成和电性能”Electroceramics in Japan V. 215-218 (2002)

H.Takeda, C.Fujioka, R.Aoyagi, S.Okamura, T.Shiosaki: "Piezoelectric properties of strontium bismuth tantalate Sr_xBi_<3-x>Ta_2O_9 dense ceramics"J.Ceram.Soc.Jpn.. (accepted). (2004)

H.Takeda、C.Fujioka、R.Aoyagi、S.Okamura、T.Shiosaki：“钽酸锶铋 Sr_xBi_<3-x>Ta_2O_9 致密陶瓷的压电特性”J.Ceram.Soc.Jpn..（已接受）。

H.Takeda, R.Aoyagi, S.Okamura T.Shiosaki: "Electrical Properties of Na_<0.5>Bi_<2.5>Ta_2O_9-Sr_<1-x>Bi_<2+y>Ta_2O_9 Solid Solution Ceramics"Key Engineering Materials. (accepted). (2004)

H.Takeda、R.Aoyagi、S.Okamura T.Shiosaki：“Na_<0.5>Bi_<2.5>Ta_2O_9-Sr_<1-x>Bi_<2 y>Ta_2O_9固溶体陶瓷的电性能”关键工程材料。

R.Aoyagi, H.Takeda, S.Okamura, T.Shiosaki: "Synthesis and Electrical Properties of Sodium Bismuth Niobate Na_<0.5>Bi_<2.5>Nb_2O_9"Mater. Res. Bull.. 38. 25-32 (2003)

R.Aoyagi、H.Takeda、S.Okamura、T.Shiosaki：“铌酸铋钠Na_<0.5>Bi_<2.5>Nb_2O_9的合成及其电学性质”材料。