Bi系機能性材料の創製と機能開拓

铋基功能材料的创造和功能开发

基本信息

批准号：
10J08213
负责人：
尾崎友厚
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J08213/
关键词：
誘電体非鉛誘電体透過型電子顕微鏡圧電体磁性誘電体

项目摘要

本研究では、ナノスケールでの相分離構造(多重秩序構造)を制御することにより、マルチフェロイック物質がもつ磁気誘電相関現象とリラクサー誘電体がもつ優れた誘電特性を融合させ、新たな非鉛系機能性材料を創製することを目的としている。今年度は非鉛系機能性材料として強誘電体BiFeO_3(BFO)に着目し、誘電特性や圧電特性などの物理的特性の評価とともに透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた微細構造解析を行うことで、圧電特性向上の機構を求める研究を行った。以下に研究成果を示す。BiFeO_3-BaTiO_3-Bi(Mg_<0.5>Ti_<0.5>)O_3系について、透過型電子顕微鏡観察により相境界での微細構造の変化に着目し、巨大圧電歪みの起因を探る研究を実施した。BT-BMT-BFO系について微細構造解析を行った結果、BaTiO3を多く含む組成ではナノスケールでの菱面体構造と立方晶構造の二相共存状態による分極ナノドメインが形成されることを明らかにした。分極ナノドメインはリラクサー強誘電体で巨大な誘電応答を発現する起因となるものであるから、本系においても分極ナノドメインが圧電特性向上の一因を担っていると考えられる。一方、Bi(Mg_<0.5>Ti_<0.5>)O_3を多く含む組成ではBiFeO_3が持つ酸素八面体の回転による<111>方向への超格子構造が維持されていることが明らかになった。また、Bi(Mg_<0.5>Ti_<0.5>)O_3の固溶により、ドメイン境界の菱面体双晶界面からの乱雑な湾曲が起こることが分かった。これらの結果から、Bi(Mg_<0.5>Ti_<0.5>)O_3の固溶では二相共存化のような相分離が起こらずに超格子構造を維持したまま相境界で分極回転を起こしていることが示唆された。以上のように、BT-BMT-BFO系の巨大な圧電応答は相境界での相分離によるナノドメイン化と分極回転による分極自由度の向上の二つの要素により誘起されている可能性がある。また、ナノスケールでの誘電ドメインの外場に対する動的挙動を明らかにする研究では、その場観察で成果を上げるには至らなかったが、電場印加用TEM試料の作製など誘電ドメインの外場応答を調べるための実験環境の整備の進展は得られた。

在这项研究中，我们将通过在纳米尺度上控制相分离结构（多重有序结构），将多铁材料的磁电相关现象与弛豫介电材料的优异介电性能结合起来，本研究的目的是创造功能材料。。今年，我们将重点关注作为无铅功能材料的铁电BiFeO_3（BFO），并使用透射电子显微镜（TEM）进行微观结构分析以及介电性能和压电性能等物理性能的评估。研究寻找改善压电性能的机制。研究结果如下所示。针对BiFeO_3-BaTiO_3-Bi(Mg_<0.5>Ti_<0.5>)O_3体系，我们利用透射电子显微镜观察了相界微观结构的变化，并对巨压电应变的原因进行了研究。 BT-BMT-BFO体系的微观结构分析结果表明，由于含有大量BaTiO3的组合物在纳米尺度上共存了菱形和立方结构的两相，所以形成了极化纳米域。由于极化纳米域是弛豫铁电体中产生巨大介电响应的原因，因此人们认为极化纳米域在改善该系统的压电性能方面也发挥着作用。另一方面，可知在含有大量Bi(Mg_<0.5>Ti_<0.5>)O_3的组成中，由于BiFeO_3的氧八面体的旋转而产生的<111>方向的超晶格结构为维持。还发现Bi(Mg_<0.5>Ti_<0.5>)O_3固溶体在晶畴边界处引起菱面体孪晶界面的随机弯曲。这些结果表明，在Bi(Mg_<0.5>Ti_<0.5>)O_3固溶体中，不会发生两相共存等相分离，并且在保持超晶格结构的同时在相界处发生偏振旋转。建议说。如上所述，BT-BMT-BFO系统巨大的压电响应可能是由两个因素引起的：由于相界处的相分离而形成纳米域，以及由于极化旋转而提高了极化自由度。此外，在纳米尺度上阐明介电域响应外部场的动态行为的研究尚未通过原位观察产生任何结果，但已经通过制备施加电的TEM样品来研究介电域对外部场的响应。研究实验环境的建立取得了进展。