第1章 はじめに |
1.1 圧電セラミックスの歴史 1 |
1.2 圧電セラミックスの現状 5 |
参考文献 6 |
第2章 セラミックスと製法 |
2.1 原料粒子の作製 9 |
2.1.1 圧電セラミックスの製造方法(固相法) 9 |
2.1.2 ナノサイズ原料製造技術 10 |
(1) 共沈法 13 |
(2) アルコキシド加水分解法 13 |
(3) 水熱合成法 14 |
2.2 製造プロセス技術 15 |
2.2.1 成形プロセス技術 15 |
(1) ラバープレス法 16 |
(2) グリーンシート成形法 17 |
2.2.2 粒子配向技術 19 |
2.2.3 焼成プロセス技術 20 |
(1) 熱間静水圧プレス 21 |
(2) ホットプレス技法 22 |
(3) マイクロ波焼結 24 |
参考文献 29 |
第3章 無鉛圧電セラミックス |
3.1 チタン酸バリウム系 31 |
3.1.1 チタン酸バリウムの歴史と物性 31 |
3.1.2 チタン酸バリウムの応用 33 |
(1) コンデンサおよびサーミスタ 33 |
(2) チタン酸バリウム単結晶 34 |
3.1.3 チタン酸バリウムの高性能化 34 |
(1) 圧電定数とドメインとの関係 35 |
(2) マイクロ波焼結を利用したチタン酸バリウムの高性能化 36 |
(3) 2段階焼結法による高性能化 39 |
(4) 板状結晶を利用した高性能化 40 |
3.1.4 粒界特性の評価 41 |
3.1.5 おわりに 42 |
3.2 ビスマス系 43 |
3.2.1 ビスマスの歴史と使用用途 43 |
3.2.2 圧電セラミックスへのビスマスの適用 44 |
3.2.3 ビスマス系ペロブスカイト型強誘電体セラミックス 46 |
(1) チタン酸ビスマスナトリウム : (Bi1/2Na1/2)TiO3系 46 |
(2) チタン酸ビスマスカリウム : (Bi1/2K1/2)TiO3系 51 |
(3) BiMeO3系 52 |
3.2.4 ビスマス層状構造強誘電体(BLSF)セラミックス 55 |
(1) ビスマス層状構造強誘電体の化合物群と結晶構造 55 |
(2) 粒子配向型ビスマス層状構造強誘電体セラミックス 55 |
(3) セラミックスレゾネータ応用に向けたBLSFセラミックスの取組み 58 |
(4) 高温用センサ応用に向けたBLSFセラミックスの取組み 60 |
3.2.5 おわりに 61 |
3.3 ニオブ系 62 |
3.3.1 はじめに 62 |
3.3.2 ニオブ酸リチウム(LiNbO3) 63 |
3.3.3 ニオブ酸ナトリウム(NaNbO3) 64 |
3.3.4 ニオブ酸カリウム(KNbO3) 66 |
(1) 単結晶 66 |
(2) セラミックス 68 |
(3) 薄膜 70 |
(4) 微粉末 71 |
3.3.5 ニオブ酸銀(AgNbO3) 73 |
3.3.6 ニオブ酸ナトリウムカリウム(NaNbO3-KNbO3) 73 |
3.3.7 ニオブ酸リチウムナトリウムカリウム(LiNbO3-NaNbO3-KNbO3) 75 |
3.3.8 ニオブ酸タングステンブロンズ 77 |
3.3.9 おわりに 78 |
参考文献 79 |
第4章 無鉛圧電セラミックスの特性向上 |
4.1 ドメインエンジニアリング 88 |
4.1.1 はじめに 88 |
4.1.2 ドメインエンジニアリング 89 |
4.1.3 エンジニアード・ドメイン構造 91 |
(1) 発見の経過 91 |
(2) 圧電特性への寄与 94 |
(3) 結晶構造,結晶方位との関係 100 |
(4) BT単結晶を用いたエンジニアード・ドメイン構造の検討 102 |
(5) 最高の圧電特性を有するエンジニアード・ドメイン構造の設計指針 105 |
4.1.4 エンジニアード・ドメイン構造におけるドメイン壁エンジニアリング 107 |
(1) ドメイン壁における巨大圧電特性 107 |
(2) ドメイン壁エンジニアリングによる到達点 113 |
4.1.5 おわりに 115 |
4.2 欠陥制御による材料設計 116 |
4.2.1 はじめに 116 |
4.2.2 BaTiO3における欠陥構造 118 |
(1) BaTiO3における電気伝導性 119 |
(2) 高温(600℃以上)における電気伝導性 120 |
4.2.3 PbTiO3における欠陥構造 123 |
(1) 欠陥生成反応 123 |
(2) アクセプタ[A']の増加が各種欠陥濃度に及ぼす影響 123 |
4.2.4 バンド構造と欠陥準位 124 |
(1) BaTiO3 124 |
(2) PbTiO3 125 |
4.2.5 室温付近における電気伝導性―リーク電流への影響― 126 |
(1) BaTiO3の電気伝導性 126 |
(2) PbTiO3の電気伝導性 126 |
4.2.6 Bi4Ti3O12の結晶構造と高品質結晶作製のための欠陥制御 127 |
(1) 強誘電性イオン変位と自発分極Ps 127 |
(2) 欠陥構造 128 |
(3) 欠陥生成機構 129 |
(4) 結晶育成時の高酸素圧化による欠陥生成反応の抑制 131 |
4.2.7 高酸素圧化における結晶育成によるBi4Ti3O12結晶の高機能化 131 |
(1) 結晶育成時の酸素分圧が分極特性に及ぼす影響 131 |
(2) 残留分極Prの劣化メカニズム 132 |
4.2.8 おわりに 135 |
4.3 粒界制御による特性向上 136 |
4.3.1 はじめに 136 |
4.3.2 結晶粒界の幾何学構造 136 |
(1) 粒界の分類 136 |
(2) 小角粒界 137 |
(3) 対応粒界 138 |
(4) 面一致粒界 139 |
4.3.3 ドメイン構造の観察方法 140 |
4.3.4 ドメインサイズと粒径との関係 141 |
4.3.5 粒界におけるドメインの連続性 143 |
(1) 対応粒界 144 |
(2) 面一致粒界 144 |
4.3.6 粒界工学による圧電材料の高性能化 144 |
参考文献 147 |
第5章 センサ・アクチュエータへの応用 |
5.1 圧電効果 154 |
5.2 圧電アクチュエータ 156 |
5.2.1 アクチュエータ素子 156 |
5.2.2 マイクロロボット用アクチュエータ 160 |
5.2.3 スマート構造体 161 |
5.2.4 流体素子 162 |
5.3 弾性表面波・超音波モータ 163 |
5.3.1 超音波モータ 163 |
5.3.2 表面弾性波モータ 166 |
5.3.3 流体素子(SAWストリーミングの利用) 167 |
5.4 圧電振動子 170 |
5.4.1 走査型プローブ顕微鏡 170 |
5.4.2 光学素子 172 |
5.4.3 音響素子 173 |
5.4.4 霧化器 173 |
5.5 超音波トランスデューサ 174 |
5.6 圧電トランス 175 |
5.7 圧電センサ・ジャイロ 178 |
5.7.1 力センサ 178 |
5.7.2 圧力センサ 180 |
5.7.3 加速度センサ 181 |
5.7.4 角速度センサ 183 |
5.7.5 水晶微量天秤法 185 |
5.7.6 SAWデバイスによる化学・バイオセンサ 186 |
5.7.7 表面弾性波を用いた電位計 187 |
5.8 将来展望 189 |
参考文献 189 |
索引 197 |