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。

这项研究旨在通过控制纳米级的相分离结构（多级结构）来创建新的无铅功能材料，并通过将多效材料的磁性二射相关现象与良好的介意性特性相结合。今年，我们将重点放在铁电bifeo_3（BFO）作为无铅功能材料上，并进行了研究，以通过评估介电和压电性能等物理特性（例如使用传输电子显微镜（TEM）评估物理特性，例如介电和压电性能分析，以找到改善压电特性的机制。研究结果如下所示。研究了Bifeo_3-Batio_3-Bi（Mg_ <0.5> TI_ <0.5>）O_3系统，通过通过进行透射电子显微镜进行透射率来研究巨大的压电应变的原因。 BT-BMT-BFO系统的微结构分析表明，在包含大量BATIO3的组合物中，由于纳米级的菱形结构和立方结构的两相共存而形成了极化纳米域。偏振纳米域是产生巨大介电响应的松弛剂铁电材料的原因，人们认为偏振纳米域在改善该系统中的压电特性方面也起着作用。另一方面，已经揭示了一个包含大量BI（Mg_ <0.5> Ti_ <0.5>）的组合物将超晶格结构保持在<111>方向上，这是由于氧气旋转而导致的。还发现BI（Mg_ <0.5> ti_ <0.5>）O_3的固体解决方案从域边界处的菱形双胞胎界面产生随机曲率。这些结果表明，在BI（Mg_ <0.5> Ti_ <0.5>）O_3的固体溶液中，发生相分离，如两相共存，并且在保持超晶层结构的同时，在相边界处发生极化旋转。如上所述，BT-BMT-BFO系统的巨大压电响应可能是由两个因素引起的：由于相位边界处的相分离而引起的纳米构化和由于偏振旋转而增加的极化自由度。此外，阐明纳米级对介电域对外场的动态行为的研究并没有通过原位观察获得结果，但是在开发实验环境中取得了进展，用于检查介电域的外部田间响应，例如为施加电场的TEMPALE制备用于应用电场的样品。