国立大学法人 東京工業大学 独立行 法人 物質 材料研究機構 国立大学法人 屋大学
広く使用さ てい 圧電体の圧電基礎特性の測定に成
― 【0 年間の問題に決着、新規非鉛圧電体開発に道 ―
東京工業大学大学院総合理工学研究 舟窪浩 教授 物質 材料研究機構 ３I２S 中核機能部門 坂 修身 高輝度 射 ョン長 屋大学大学院工学研究 山 智明准教授 学技術振興機構 研究者 研究 最 広く 使わ い 電材料 あ チタン酸 コン酸鉛 い 単結晶膜 作製 電気的
機械的 変換係数 直接測
電体医*1) 電気信号 構造 変化 性質 活 コンロ 着火器
や 湿器 作製 イン ッ ンタや 元 ンタ 使用
イ ロ イ ２じげro Eせeげ下ro ２eげしanじげaせ Sと上下em上 ２E２S *「 等 動力源 利用 い 実用化 い チタン酸 コン酸鉛 電気信号
結晶構造や微構造 複雑 変形 60 年間 使用 い 関わ 電気的 機械的 変換係数 いう 電体 最 基 的 特
性 明 い
研究 世界 初 作製 チタン酸 コン酸鉛 単結晶膜
用い 大型 射 施設 SPrじnざ-8医*」) 高輝度 射 高速 電気信号 え 時 結晶格子 伸び 直接観察 そ 結果 1 億分 「 医「0 ) 医*4)以
いう極 短時間 結晶格子 歪 観測 電気的 機
械的 変換係数 初 測定
今回 果 応用物理 分 い 影響 大 い 学学術誌 Aたたせじeこ Pしと上じげ上 １e下下er上 ン イン版 7 重 日付 掲載
. 研究の背景：
結晶 外力 応 誘電分極 生 効果 電効果 いい 結晶 電 え 結晶 歪 効果 逆 電効果 いい う 現象 示 物質 電体 いう 応用 観点 言い換え 電気的 機械的
逆 機械的 電気 変換 変換物質 言え
イタ 着火石 機械的 電気 変換 ンタ イン
ッ ッ や自動車 ン ン 燃料 噴射 電気 機械的
変 変換 タ 手ぶ 防止機構 機械的 電気
変換 々 暮 中 広く使用 い 最近 自動車
ン ンや高速道路 車 走行 振動 発電 振動 検出 機能 組
合わ 安全安心 支え ッ 不要 インフ タ 注目
集 い
大 電性 示 物質 約 60 年前 発見 チタン酸 コン酸鉛 広く使用 い そ 大 電性 電 え 時 結晶自身 伸び
イン 呼 微小領域 結晶 向 変化 いう 組 合わ
実現 い 研究 分 い 発見 60 年
今 別 理解 出来 最
大 原 因 イ ン 効 果 完 全 排 除 チ タ ン 酸 コ ン 酸 鉛 単 結 晶 作製 い
．研究手法・成果：
々 最 広く使わ い チタン酸 コン酸鉛 Pけ医Zr1-でTじで)４」 蛍石 いう特殊
結晶 合 膜状 単結晶 作製 試料 用い
大型 射 施設 SPrじnざ-8 表面界面構造解析ビ イン B１1」政U 数 イ ロ タ 集 高輝度単色 政 線 単結晶膜 形 電極 照射 「00 幅
電 印 い 間 回 折 ロ フ イ 電 荷 変 化 高 速 録 図 電 え 時間 電荷 び回折 ロフ イ 変化 観 察 電 対 電気特性 び結晶 伸び 直接観察 世界 初
図 結晶 伸び 電気分極 乗 変化 間 直線関係 得
そ 傾 世界 初 変換係数 実験的 測定 図
図 電界 え 時 結晶 伸び 電気特性 直接測定 測定 数 イ ロ タ 集 高輝度 政 線 電極 集 電 印 回折Ｘ線強度
電荷 変化 「0 時間分解 時 測定 構築 そ 用
い 今回 測定 「00 幅 電 印 い 回折 ロ
フ イ 電荷 変化 え 電 固定 高速 録 そ 電
値 順 変え
図 医a)試料 電 印 時 医a)電荷 変化 医け) 結晶 回折角度 時間依 存性 結晶 回折角度 変化 結晶 伸び 反映 い値程 大 く伸び い 示 い え 電 大 く 電荷 び結晶 変化 大 く
い わ
図 結晶 伸び 電気分極 乗 変化 関係 傾 世界 初 変換係数 明
．期待さ 波及効果
今回 果 以 述 波及効果 期待
a) 【0年を経て初めて明 かにさ たチタン酸 ルコン酸鉛の圧電特性
現 最 広く使用 い チタン酸 コン酸鉛 約 60 年前 そ 優 電応
答性 見い そ 以降現 広く使用 い そ 大
電応答 電気信号 結晶構造や微構造 複雑 変化 起 物質 来 基 特性 不明 あ 電体 用い 機器 設計 経験的 得
値 用い い 今回 研究 チタン酸 コン酸鉛 来 特性 発見 60 年後 初 明
b) 圧電体の性能向上への貢献
研究 チタン酸 コン酸鉛 質的 電性 明 電体
設計 飛躍的 進 電体 性能向 期待 う 電体 性能向 元 ンタ技術 飛躍的向 自動車用 ン ン用フュ イン
タ 燃料噴射装置 高効率化 発電所等や自動車 ン ン等 高効率 運転 可能 等 大 波及効果 期待
c) 非鉛圧電体開発の 速に 環境問題への貢献
じ) チタン酸 コン酸鉛 毒性元素 鉛 50%以 含 環境 配慮 非鉛 電体 開発 強く求 い
じじ)今回 果 非鉛 電体開発 手 あ チタン酸 コン酸鉛
電特性 明 目標 値 現 盛 開
発 い 新規 非鉛 電体材料 開発 速 期待
d) 高速応答デバイ の時間分解測定に 材料評価の実現と製品開発へ貢献 電体 評価 電 え 結晶 変形 微構造 変化 いう
異 電応答 別 測定 不可 今回 果 電 え
電応答 い 時間 追 観察可能 両者 別 う
JR 東日 鉄道 I（ Sつじげa イ 等 用い い 強誘電体
電体 一種 評価 適用 強誘電体 電場 印
駅 自動改 Sつじげa 等 内 イ 反転 情
報 書 換え 広く利用 い I（ 療
等 多く 情報 入 携帯 う 性能向 貢献
電体以外 外部刺激 結晶構造や微構造 変化 起 相変 化 等 時間分解測定 効 あ 期待
．論文情報
題 ：Direct Observation of Intrinsic Piezoelectricity of Pb(Zr,Ti)O3 by Time-Resolved X-ray Diffraction Measurement Using Single-Crystalline Films
日 語訳：時間分解X線回折測定 単結晶膜 用い チタン酸 コン酸鉛 電性 直接測定
著者：Takashi Fujisawa, Yoshitaka Ehara, Shintaro Yasui, Takafumi Kamo, Tomoaki Yamada, Osami Sakata and Hiroshi Funakubo
： Applied Physics Letters 掲載日野 「014 年 7 重 日
）４I野 10.106」/1.488重80」
特記事項
研究 日 学術振興会 学研究費 JST 戦略的創造研究推進事業
機能創発 長 義仁研究総括 最 端研究開発支援 ロ イ ロ 融合研究 再委 事業 一環 行わ
用語解説
*1 電体薄膜
あ 結晶 外力 力 応 誘電分極 生 効果 電効果 いい
電場 結晶 え 結晶 歪 効果 逆 電効果 いい う 現象 示 結晶 電体 いい そ 薄膜 い 電体薄膜
*「 ２E２S ２じげro Eせeげ下ro ２eげしanじげaせ Sと上下em上 機械要素部品 ンサ
チュ タ 電子回路 一 コン基板 基板 機材料 集
積化 イ
*」 大型 射 施設 SPrじnざ-8
独立行 法人理化学研究所 所 兵庫県 播磨 学公園都市 あ 世界最高 射 生 出 施設 そ 運転管理 利用者支援 JASRI 行 い SPrじnざ-8
前 Sつたer Pしo下on rじnざ-8 低eV 来 射 電子 等 い
速度 速 電磁石 進行方向 曲 時 発生 細く強力 電磁波
SPrじnざ-8 射 用い ロ イ ロ
や産業利用 幅広い研究 行わ い SPrじnざ-8 日 端 学 技術 支え 高度 端 学施設 日 国内外 大学 研究所 企業 年間延 1 万 4 千人 以 研究者 利用 い
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10 億分 1
