固体の圧電性圧電現象伸びひずみ (応力) 電圧縮み電圧が発生ひずみ圧電効果圧電逆効果圧電現象の考え方(1) 教科書のように、陽イオンと陰イオンがずれている場合を考える。表し方＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋両側に電極をつける縦方向に急激に縮ませる電荷に偏りがある誘電体内の正電荷は下に、負電荷は上に移動する圧電現象の考え方(2) 正電荷は下に、負電荷は上に移動する自発分極が小さくなる－－－－－－－＋＋＋－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋誘電体中の分極が小さくなるので、電極中の電化は変わる（電荷が余る）赤で示した＋と－は逃げて行こうとする僅かな間隙で、スパークする強誘電体誘電体は圧電体→焦電体→強誘電体に細分される製造フロー原料混合仮焼粉砕成形焼成分極処理エージング数kV/mm 温度：130℃ シリコンオイル中印加しながら温度を下げて定温保持温度：80℃ 圧電現象ひずみ (応力) 電圧電圧が発生ひずみ圧電効果逆圧電効果圧電現象の考え方圧電材料は、陽イオンと陰イオンがずれ、分極している表し方＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋内部の電荷が偏っているため、外部の電解もに偏りが生じる両側に電極をつけて縦方向に急激に縮ませると誘電体内の正電荷は下に、負電荷は上に移動する圧電現象の考え方(続き) 正電荷は下に、負電荷は上に移動する自発分極が弱くなる（極端な場合にはなくなる！）－－－－－－－＋＋＋－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋誘電体中の分極が弱くなるので、外部の電荷は動かざるを得ない赤で示した＋と－は逃げて行こうとする僅かな間隙で、スパークする圧電振動子～電極（裏面も同様）電極～振動板（ｽﾃﾝﾚｽや黄銅）（裏面全体が電極）電気→ひずみ →電気圧電体セラミックス • 応用製品は数知れず！ • 圧電現象とは？ • 電気エネルギーと機械エネルギーの変換現象 • 圧電効果と逆圧電効果 • 圧電効果：ひずみを加えると電圧が発生する • 逆圧電効果：電圧を加えるとひずみが発生する • 圧電性が発現する物質は、対称中心がない結晶圧電性には分極が必須（BaTiO3を例として考える） • キュリー点以下で正方晶、以上で立方晶頁を参照） • 室温では正方晶 • 正方晶には方向性がある（ｃ軸） • 結晶子（結晶粒）の分極方向はバラバラ • 全体としては分極していない！（次 分極方向を揃える 分極処理（処理方法：加温して電圧印加） “一方向に分極したセラミックス”の完成チタン酸ジルコニウム酸鉛（PZT） • • • • • • PbZr1-XTiXO3系 BaTiO3系よりも優れた特性 Zr/Ti=53/47（最も一般的な組成）相境界の組成付近第３成分として複合ペロブスカイト化合物が加えられる例えば、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3（PMN） PZT系材料の問題点はPbOを使用していること無鉛の圧電材料が模索されている（Bi1/2Na1/2)TiO3、(K1/2Na1/2)NbO3など複合ペロブスカイト酸化物 • 組成式：（A1, A2･･･)(B1, B2･･･)O3 • nA=ΣxAinAi、nB=ΣxBinBi 例えば、イオンAiの原子価：nAi、モル分率：xAiとすると • rA=ΣrAixAi、 rB=ΣrBixBi • nA + nB = 6 • 許容因子：t = さらに、イオンAiのイオン半径：rAiとすると rA + rO √2 (rB + rO) (0.9≺t≺1.1) 複合ペロブスカイト酸化物用第３成分 • • • • • • • A1+ :Li, Na, K, Ag A3+ :Bi, La, Ce, Nd B1+ :Li, Cu B2+ :Mg, Ni, Zn, Mn, Co, Sn, Fe, Cd, Cu B3+ :Mn, Sb, Al, Yb, In, Fe, Co, Sc, Y, Sn B5+ :Nb, Sb, Ta, Bi B6+ :Te, W, Re 圧電材料に関する問題問題１立方晶チタン酸バリウムにおいて、3種類のイオン半径の間に成り立つ関係を求めなさい。問題２ PbZr0.53Ti0.47O3の物質の分子量を求めなさい。ただし、質量数はPb:207, Ti:48, Zr:92, O:16とする。問題３ペロブスカイト構造の酸化物におけるBサイトの元素がZnとNb である場合の組成式を示しなさい。ただし、AサイトはPbである。問題４ PｂMｇ1/3Nb2/3O3におけるBイオンの理論的半径を求めなさい。