コア·シェル粒子を用いたBaTiO3/BaTiO3-Bi(Mg_(0.5)Ti_(0.5))O3-BiFeO3 複合セラミックスの作製と圧電特性評価

摘要

環境への配慮のため、非鉛系圧電セラミックスの研究が行われている。鉛系圧電材料である Pb(Zr,Ti)O3 (PZT)セラミックスは、組成相境界において、分極に必要なマクロドメインと歪み量の増加に寄与 すると考えられるナノドメインが共存した構造が形成されることで、優れた圧電応答が得られると考えられ ている。そこで我々はナノドメイン、マクロドメインの体積比を制御し、ナノドメインの割合を増加させる ことでPZT セラミックスを超える圧電材料が得られると考えた。リラクサーであるBaTiO3-Bi(Mg0.5Ti0.5)O3 （BT-BMT）と強誘電体であるBiFeO3（BF）の固溶体であるBT-BMT-BF セラミックスの電気特性評価を行 ったところ、0.3BT-0.1BMT-0.6BF の組成においてナノドメインとマクロドメインの共存を確認した。しかし ながらこの材料は、分極が困難であったため、0.3BT-0.1BMT-0.6BF に強誘電体のBT を加えた複合セラミッ クスとすることで、マクロドメインが増加し分極が容易になると考えた。本研究では、まず、0.3BT-0.1BMT- 0.6BF をコア粒子、BT をシェル層とするコア·シェル粒子を作製し、これを焼結することで複合セラミック スを作製した。コア·シェル粒子を用いることで、BT 層とBT-BMT-BF 粒子の間にエピタキシャル界面を導 入し、圧電特性が向上すると考えた。コア·シェル粒子の焼結には、固溶を抑制するため、低温での焼結を 行うことのできるスパークプラズマ焼結法を利用した。得られたBT/(0.3BT-0.1BMT-0.6BF)複合セラミックス に対しキャラクタリゼーションと圧電特性評価を行った。