JP2002029838A - 圧電材料 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構成元素として鉛を含まない材料であるとと
もに、充分な圧電特性を有する圧電材料を提供する。 【解決手段】 ペロブスカイト型酸化物ＡＢＯ3のＡサ
イトの全部または一部にＳｎを配置した、一般式：（Ｓ
ｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3｛式中、ＡはＳｒ、Ｃ
ａ、Ｍｇ、（Ｍ1/2Ｔ1/2）から選ばれる少なくとも１種
を示し（ただし、ＭはＮａまたはＫ；ＴはＢｉまたはＬ
ａ）；ＢはＺｒ、（Ｄ1/3Ｘ2/3）、（Ａｌ1/ 2Ｘ1/2）か
ら選ばれる少なくとも１種を示し（ただし、ＤはＺｎま
たはＭｇ；ＸはＶ、ＮｂまたはＴａ）；ｘは０＜ｘ≦１
を満たす数を示し；ｙは０≦ｙ≦１を満たす数を示
す。｝で表される圧電材料とする。この非鉛圧電材料で
は、Ｓｎ−Ｏ原子間に強い結合が形成され、高い圧電性
が得られる。
もに、充分な圧電特性を有する圧電材料を提供する。 【解決手段】 ペロブスカイト型酸化物ＡＢＯ3のＡサ
イトの全部または一部にＳｎを配置した、一般式：（Ｓ
ｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3｛式中、ＡはＳｒ、Ｃ
ａ、Ｍｇ、（Ｍ1/2Ｔ1/2）から選ばれる少なくとも１種
を示し（ただし、ＭはＮａまたはＫ；ＴはＢｉまたはＬ
ａ）；ＢはＺｒ、（Ｄ1/3Ｘ2/3）、（Ａｌ1/ 2Ｘ1/2）か
ら選ばれる少なくとも１種を示し（ただし、ＤはＺｎま
たはＭｇ；ＸはＶ、ＮｂまたはＴａ）；ｘは０＜ｘ≦１
を満たす数を示し；ｙは０≦ｙ≦１を満たす数を示
す。｝で表される圧電材料とする。この非鉛圧電材料で
は、Ｓｎ−Ｏ原子間に強い結合が形成され、高い圧電性
が得られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電特性を有する
圧電材料に関するものである。
圧電材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電材料は、結晶に歪み（力学的応力）
が加わると電圧（電気的分極）が発生し、逆に、電圧が
加わると歪みが発生する物質からなる材料であり、電気
的信号と機械的信号とを互いに変換可能な特性から、各
種のセンサやフィルタ、アクチュエータなどに広く用い
られている。
が加わると電圧（電気的分極）が発生し、逆に、電圧が
加わると歪みが発生する物質からなる材料であり、電気
的信号と機械的信号とを互いに変換可能な特性から、各
種のセンサやフィルタ、アクチュエータなどに広く用い
られている。
【０００３】代表的な圧電材料としては、一般にＡＢＯ
3で表されるペロブスカイト型酸化物の結晶構造を有す
るセラミックス材料があり、例えば、Ａサイト及びＢサ
イトにそれぞれＰｂ及びＴｉが配置されたＰｂＴｉＯ3
（ＰＴ）や、Ｂａ及びＴｉが配置されたＢａＴｉＯ3な
どがある。また、一般式ＰｂＺｒxＴｉ1-xＯ3（ＰＺ
Ｔ）で表されるＰＺＴ系セラミックスや、それに所定の
添加物を加えた変性ＰＺＴ系セラミックスが多く用いら
れている。
3で表されるペロブスカイト型酸化物の結晶構造を有す
るセラミックス材料があり、例えば、Ａサイト及びＢサ
イトにそれぞれＰｂ及びＴｉが配置されたＰｂＴｉＯ3
（ＰＴ）や、Ｂａ及びＴｉが配置されたＢａＴｉＯ3な
どがある。また、一般式ＰｂＺｒxＴｉ1-xＯ3（ＰＺ
Ｔ）で表されるＰＺＴ系セラミックスや、それに所定の
添加物を加えた変性ＰＺＴ系セラミックスが多く用いら
れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記したＰｂＴｉＯ3
及びＰＺＴ系セラミックスなどは、高い圧電性を有して
いるが、その構成元素として鉛（Ｐｂ）を含んでいる。
これに対して、近年、環境問題の観点から、構成元素と
して鉛を含まない非鉛圧電材料の必要性が増してきてい
る。しかしながら、現在までのところ、例えばＢａＴｉ
Ｏ3の圧電性は含鉛圧電材料よりも低いなど、充分な圧
電特性を有する非鉛圧電材料は見出されていない。
及びＰＺＴ系セラミックスなどは、高い圧電性を有して
いるが、その構成元素として鉛（Ｐｂ）を含んでいる。
これに対して、近年、環境問題の観点から、構成元素と
して鉛を含まない非鉛圧電材料の必要性が増してきてい
る。しかしながら、現在までのところ、例えばＢａＴｉ
Ｏ3の圧電性は含鉛圧電材料よりも低いなど、充分な圧
電特性を有する非鉛圧電材料は見出されていない。
【０００５】本発明は、以上の問題点に鑑みてなされた
ものであり、構成元素として鉛を含まない材料であると
ともに、充分な圧電特性を有する圧電材料を提供するこ
とを目的とする。
ものであり、構成元素として鉛を含まない材料であると
ともに、充分な圧電特性を有する圧電材料を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による圧電材料は、下記の一般式：
（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3｛式中、ＡはＳｒ、
Ｃａ、Ｍｇ、（Ｍ1/2Ｔ1/ 2）からなる群から選ばれる少
なくとも１種を示し（ただし、ＭはＮａまたはＫ；Ｔは
ＢｉまたはＬａを示す）；ＢはＺｒ、（Ｄ1/3Ｘ2/3）、
（Ａｌ1/2Ｘ1/2）からなる群から選ばれる少なくとも１
種を示し（ただし、ＤはＺｎまたはＭｇ；ＸはＶ、Ｎｂ
またはＴａを示す）；ｘは０＜ｘ≦１を満たす数を示
し；ｙは０≦ｙ≦１を満たす数を示す。｝で表されるペ
ロブスカイト型酸化物からなることを特徴とする。
るために、本発明による圧電材料は、下記の一般式：
（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3｛式中、ＡはＳｒ、
Ｃａ、Ｍｇ、（Ｍ1/2Ｔ1/ 2）からなる群から選ばれる少
なくとも１種を示し（ただし、ＭはＮａまたはＫ；Ｔは
ＢｉまたはＬａを示す）；ＢはＺｒ、（Ｄ1/3Ｘ2/3）、
（Ａｌ1/2Ｘ1/2）からなる群から選ばれる少なくとも１
種を示し（ただし、ＤはＺｎまたはＭｇ；ＸはＶ、Ｎｂ
またはＴａを示す）；ｘは０＜ｘ≦１を満たす数を示
し；ｙは０≦ｙ≦１を満たす数を示す。｝で表されるペ
ロブスカイト型酸化物からなることを特徴とする。
【０００７】従来の圧電材料では、ＰｂＴｉＯ3やＰＺ
Ｔ系セラミックスなどの含鉛圧電材料において、上述し
たように高い圧電性が得られている。これは、Ａサイト
のＰｂにおいて、Ｐｂ−Ｏ原子間に結合が形成されるこ
とに起因するものと考えられる。これに対して、Ｓｎ
は、Ｐｂと類似のエネルギー準位を有しており、Ａサイ
トに配置されることによって、含鉛圧電材料と同様のＳ
ｎ−Ｏ原子間の結合が形成される。したがって、ペロブ
スカイト型酸化物ＡＢＯ3のＡサイトの全部または一部
にＳｎを配置することによって、構成元素として鉛を含
まない材料であるとともに、含鉛圧電材料と同等あるい
はそれ以上の高い圧電性を有する非鉛圧電材料が得られ
る。
Ｔ系セラミックスなどの含鉛圧電材料において、上述し
たように高い圧電性が得られている。これは、Ａサイト
のＰｂにおいて、Ｐｂ−Ｏ原子間に結合が形成されるこ
とに起因するものと考えられる。これに対して、Ｓｎ
は、Ｐｂと類似のエネルギー準位を有しており、Ａサイ
トに配置されることによって、含鉛圧電材料と同様のＳ
ｎ−Ｏ原子間の結合が形成される。したがって、ペロブ
スカイト型酸化物ＡＢＯ3のＡサイトの全部または一部
にＳｎを配置することによって、構成元素として鉛を含
まない材料であるとともに、含鉛圧電材料と同等あるい
はそれ以上の高い圧電性を有する非鉛圧電材料が得られ
る。
【０００８】また、本発明の圧電材料においては、上記
一般式中、ｘは０．２５≦ｘ≦１を満たす数であること
が好ましい。
一般式中、ｘは０．２５≦ｘ≦１を満たす数であること
が好ましい。
【０００９】上記した構成の圧電材料において、Ｓｎの
構成比となるｘをこの０．２５≦ｘ≦１の範囲とするこ
とによって、得られる圧電特性がより充分に向上する傾
向にある。
構成比となるｘをこの０．２５≦ｘ≦１の範囲とするこ
とによって、得られる圧電特性がより充分に向上する傾
向にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
圧電材料の好適な実施形態について詳細に説明する。
圧電材料の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１１】最初に、本発明による圧電材料の結晶構造
となる、一般式ＡＢＯ3で表されるペロブスカイト型酸
化物の結晶構造について、図１に示す模式図を用いて説
明する。なお、圧電材料の構成元素となるＡは後述する
結晶構造のＡサイトに配置される単一または複数種類の
原子、Ｂは結晶構造のＢサイトに配置される単一または
複数種類の原子、Ｏは酸素原子をそれぞれ示している。
となる、一般式ＡＢＯ3で表されるペロブスカイト型酸
化物の結晶構造について、図１に示す模式図を用いて説
明する。なお、圧電材料の構成元素となるＡは後述する
結晶構造のＡサイトに配置される単一または複数種類の
原子、Ｂは結晶構造のＢサイトに配置される単一または
複数種類の原子、Ｏは酸素原子をそれぞれ示している。
【００１２】ペロブスカイト構造においては、図１の単
位立方格子に示すように、単位立方格子の８隅にそれぞ
れＡイオンが、６面の中心にそれぞれＯイオン（酸素イ
オン）が、また、６個のＯイオンによって作られる八面
体（酸素八面体）の中心にＢイオンがそれぞれ位置す
る。ここで、この結晶構造内でのそれぞれのイオンの位
置については、図１に示したＡイオンの位置がＡサイ
ト、Ｂイオンの位置がＢサイトとよばれる位置である。
位立方格子に示すように、単位立方格子の８隅にそれぞ
れＡイオンが、６面の中心にそれぞれＯイオン（酸素イ
オン）が、また、６個のＯイオンによって作られる八面
体（酸素八面体）の中心にＢイオンがそれぞれ位置す
る。ここで、この結晶構造内でのそれぞれのイオンの位
置については、図１に示したＡイオンの位置がＡサイ
ト、Ｂイオンの位置がＢサイトとよばれる位置である。
【００１３】このようなペロブスカイト型の結晶構造で
は、中心に位置するＢイオンは、局所的な場の影響によ
って、酸素八面体の中心位置から変位し易く、したがっ
て、誘電性及び圧電性の発現に対して自由度の大きい結
晶構造となる。本発明による圧電材料は、従来の圧電材
料であるＰｂＴｉＯ3やＢａＴｉＯ3などと同様に、上記
したペロブスカイト型酸化物の結晶構造を有するととも
に、構成元素として鉛を含まない材料であって、かつ、
充分な圧電特性を有する非鉛圧電材料を提供するもので
ある。
は、中心に位置するＢイオンは、局所的な場の影響によ
って、酸素八面体の中心位置から変位し易く、したがっ
て、誘電性及び圧電性の発現に対して自由度の大きい結
晶構造となる。本発明による圧電材料は、従来の圧電材
料であるＰｂＴｉＯ3やＢａＴｉＯ3などと同様に、上記
したペロブスカイト型酸化物の結晶構造を有するととも
に、構成元素として鉛を含まない材料であって、かつ、
充分な圧電特性を有する非鉛圧電材料を提供するもので
ある。
【００１４】すなわち、本発明による圧電材料は、一般
式（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ 3で表されるペロブ
スカイト型酸化物からなる。
式（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ 3で表されるペロブ
スカイト型酸化物からなる。
【００１５】具体的には、ペロブスカイト構造のＡサイ
トに配置される原子については、Ｓｎ及びＡのうちの少
なくとも１種であるとともに、式中のｘは０＜ｘ≦１を
満たす数である。また、式中のＡは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、（Ｍ1/2Ｔ1/2）からなる群から選ばれる少なくとも
１種を示している。ただし、ＭはＮａまたはＫを示し、
ＴはＢｉまたはＬａを示している。このようなＡとして
は、特に、大きな原子変位が得られる点でＳｒz（Ｎａ
1/2Ｂｉ1/2）1-zが好ましい。
トに配置される原子については、Ｓｎ及びＡのうちの少
なくとも１種であるとともに、式中のｘは０＜ｘ≦１を
満たす数である。また、式中のＡは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、（Ｍ1/2Ｔ1/2）からなる群から選ばれる少なくとも
１種を示している。ただし、ＭはＮａまたはＫを示し、
ＴはＢｉまたはＬａを示している。このようなＡとして
は、特に、大きな原子変位が得られる点でＳｒz（Ｎａ
1/2Ｂｉ1/2）1-zが好ましい。
【００１６】また、Ｂサイトに配置される原子について
は、Ｔｉ及びＢのうちの少なくとも１種であるととも
に、式中のｙは０≦ｙ≦１を満たす数である。また、式
中のＢは、Ｚｒ、（Ｄ1/3Ｘ2/3）、（Ａｌ1/2Ｘ1/2）か
らなる群から選ばれる少なくとも１種を示している。た
だし、ＤはＺｎまたはＭｇを示し、ＸはＶ、Ｎｂまたは
Ｔａを示している。このようなＢとしては、特に、大き
な原子変位が得られる点でＺｒ（ＢサイトがＴｉyＺｒ
1-y）が好ましい。
は、Ｔｉ及びＢのうちの少なくとも１種であるととも
に、式中のｙは０≦ｙ≦１を満たす数である。また、式
中のＢは、Ｚｒ、（Ｄ1/3Ｘ2/3）、（Ａｌ1/2Ｘ1/2）か
らなる群から選ばれる少なくとも１種を示している。た
だし、ＤはＺｎまたはＭｇを示し、ＸはＶ、Ｎｂまたは
Ｔａを示している。このようなＢとしては、特に、大き
な原子変位が得られる点でＺｒ（ＢサイトがＴｉyＺｒ
1-y）が好ましい。
【００１７】ペロブスカイト型酸化物ＡＢＯ3からなる
材料において、強誘電性または圧電性が発現する機構
は、上述したように、通常、酸素八面体の中心に位置す
るＢイオンに対して形成されるＢ−Ｏ原子間の結合に由
来している。そのような典型的な物質としてはＢａＴｉ
Ｏ3がある。一方、ＰｂＴｉＯ3などの鉛を含む圧電材料
の特徴は、Ｂ−Ｏ原子間の結合に加えて、Ａ−Ｏ原子
間、すなわちＰｂ−Ｏ原子間にも結合が形成されること
である。そして、このＰｂ−Ｏ原子間の結合が、ＢａＴ
ｉＯ3などと比べて含鉛圧電材料において高い圧電性が
発現する原因となっている。
材料において、強誘電性または圧電性が発現する機構
は、上述したように、通常、酸素八面体の中心に位置す
るＢイオンに対して形成されるＢ−Ｏ原子間の結合に由
来している。そのような典型的な物質としてはＢａＴｉ
Ｏ3がある。一方、ＰｂＴｉＯ3などの鉛を含む圧電材料
の特徴は、Ｂ−Ｏ原子間の結合に加えて、Ａ−Ｏ原子
間、すなわちＰｂ−Ｏ原子間にも結合が形成されること
である。そして、このＰｂ−Ｏ原子間の結合が、ＢａＴ
ｉＯ3などと比べて含鉛圧電材料において高い圧電性が
発現する原因となっている。
【００１８】これに対して、上記した圧電材料（Ｓｎx
Ａ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3では、鉛代替元素として、Ａ
サイトにＳｎ（スズ）が少なくとも配置されている。こ
のＳｎは、Ｐｂと似たエネルギー準位を持っていること
から、ＰｂをＳｎに代替することによって、含鉛圧電材
料と同様の高い圧電性を有する非鉛圧電材料が得られ
る。
Ａ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3では、鉛代替元素として、Ａ
サイトにＳｎ（スズ）が少なくとも配置されている。こ
のＳｎは、Ｐｂと似たエネルギー準位を持っていること
から、ＰｂをＳｎに代替することによって、含鉛圧電材
料と同様の高い圧電性を有する非鉛圧電材料が得られ
る。
【００１９】図２は、ペロブスカイト型酸化物（ａ）Ｓ
ｎＴｉＯ3、（ｂ）ＰｂＴｉＯ3、及び（ｃ）ＢａＴｉＯ
3のそれぞれでのエネルギー準位を示すグラフであり、
横軸はエネルギー（１ｅＶ＝１．６０２×１０
-19Ｊ）、縦軸は状態密度（ＤＯＳ）を示している。こ
れらのグラフのうち、従来の圧電材料である（ｂ）Ｐｂ
ＴｉＯ 3と（ｃ）ＢａＴｉＯ3とを比較すると、Ｂａ−Ｏ
原子間の結合が形成されないＢａＴｉＯ3では、Ｐｂと
全く異なるエネルギー準位となっていることがわかる。
ｎＴｉＯ3、（ｂ）ＰｂＴｉＯ3、及び（ｃ）ＢａＴｉＯ
3のそれぞれでのエネルギー準位を示すグラフであり、
横軸はエネルギー（１ｅＶ＝１．６０２×１０
-19Ｊ）、縦軸は状態密度（ＤＯＳ）を示している。こ
れらのグラフのうち、従来の圧電材料である（ｂ）Ｐｂ
ＴｉＯ 3と（ｃ）ＢａＴｉＯ3とを比較すると、Ｂａ−Ｏ
原子間の結合が形成されないＢａＴｉＯ3では、Ｐｂと
全く異なるエネルギー準位となっていることがわかる。
【００２０】これに対して、（ａ）ＳｎＴｉＯ3と
（ｂ）ＰｂＴｉＯ3とを比較すると、ＳｎＴｉＯ3では、
上述したようにＰｂと類似のエネルギー準位（具体的に
は、図２（ａ）に示すＳｎ−５ｓのエネルギー準位）が
現れている。このことは、ＡサイトにＳｎを配置するこ
とによって、Ｐｂ−Ｏの場合と同様にＳｎ−Ｏ原子間に
結合が形成されて、高い圧電性が得られることを示して
いる。
（ｂ）ＰｂＴｉＯ3とを比較すると、ＳｎＴｉＯ3では、
上述したようにＰｂと類似のエネルギー準位（具体的に
は、図２（ａ）に示すＳｎ−５ｓのエネルギー準位）が
現れている。このことは、ＡサイトにＳｎを配置するこ
とによって、Ｐｂ−Ｏの場合と同様にＳｎ−Ｏ原子間に
結合が形成されて、高い圧電性が得られることを示して
いる。
【００２１】なお、Ａサイトに配置されるＳｎの構成比
ｘの範囲は、０＜ｘ≦１の範囲であるが、ｘが０．２５
≦ｘ≦１の範囲にあることにより、圧電性がより向上す
る傾向にあるため好ましい。
ｘの範囲は、０＜ｘ≦１の範囲であるが、ｘが０．２５
≦ｘ≦１の範囲にあることにより、圧電性がより向上す
る傾向にあるため好ましい。
【００２２】また、Ｓｎを含む従来のペロブスカイト型
酸化物は、すべて、ＳｎがＢサイトに配置されたもので
ある。この場合には、含鉛圧電材料における上記した高
い圧電性の発現機構からも明らかなように、Ｓｎによる
圧電特性の向上の効果は得られない。これに対して、本
発明による圧電材料（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ 3
は、Ａサイトの全部または少なくとも一部にＳｎを配置
し、これによって、高い圧電性を実現するものである。
酸化物は、すべて、ＳｎがＢサイトに配置されたもので
ある。この場合には、含鉛圧電材料における上記した高
い圧電性の発現機構からも明らかなように、Ｓｎによる
圧電特性の向上の効果は得られない。これに対して、本
発明による圧電材料（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ 3
は、Ａサイトの全部または少なくとも一部にＳｎを配置
し、これによって、高い圧電性を実現するものである。
【００２３】以下、上記した構成からなるＳｎを含む本
発明の非鉛圧電材料が有する圧電特性について具体的に
説明する。
発明の非鉛圧電材料が有する圧電特性について具体的に
説明する。
【００２４】まず、圧電材料の圧電特性について評価す
るための指標となる、自発分極及び有効電荷について説
明する。圧電性とは、結晶に電圧が加わると歪みが発生
する性質のことであるが、印加される電圧Ｅi（ただ
し、ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ）と、誘起される歪みｘij（ただ
し、ｉｊ＝ｘｘ、ｙｙ、ｚｚ、ｙｚ、ｚｘ、ｘｙ）との
関係は、次式 ｘjk＝ｄijk Ｅi によって表される。ここで、係数ｄijkは圧電定数と呼
ばれる量であり、圧電材料の圧電特性を決定する重要な
量となる。
るための指標となる、自発分極及び有効電荷について説
明する。圧電性とは、結晶に電圧が加わると歪みが発生
する性質のことであるが、印加される電圧Ｅi（ただ
し、ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ）と、誘起される歪みｘij（ただ
し、ｉｊ＝ｘｘ、ｙｙ、ｚｚ、ｙｚ、ｚｘ、ｘｙ）との
関係は、次式 ｘjk＝ｄijk Ｅi によって表される。ここで、係数ｄijkは圧電定数と呼
ばれる量であり、圧電材料の圧電特性を決定する重要な
量となる。
【００２５】原形相（高温の常誘電相）で反転対称性を
有する強誘電性のペロブスカイト型酸化物においては、
自発分極をＰs i、電歪定数をＱijkl、真空誘電率及び誘
電率をそれぞれε0、εijとすると、上記した圧電定数
ｄijkは、 ｄijk＝２Ｑiljkε0εlmＰs m と表される。すなわち、自発分極Ｐs iが大きいほど、圧
電定数ｄijkは大きくなる傾向にある。したがって、自
発分極は圧電特性についての良い指標となる。
有する強誘電性のペロブスカイト型酸化物においては、
自発分極をＰs i、電歪定数をＱijkl、真空誘電率及び誘
電率をそれぞれε0、εijとすると、上記した圧電定数
ｄijkは、 ｄijk＝２Ｑiljkε0εlmＰs m と表される。すなわち、自発分極Ｐs iが大きいほど、圧
電定数ｄijkは大きくなる傾向にある。したがって、自
発分極は圧電特性についての良い指標となる。
【００２６】次に、上記した圧電定数ｄijkの場合とは
逆に、結晶に歪みが加わったときの電圧（分極）の発生
について考えると、印加される歪みｘijと、誘起される
分極量の変化ΔＰiとの関係は、次式 ΔＰi＝ｃijk ｘij によって表される。ここで、係数ｃijkはピエゾ定数と
呼ばれる量であり、圧電定数ｄijkと同様に、圧電材料
の圧電特性を決定する重要な量となる。
逆に、結晶に歪みが加わったときの電圧（分極）の発生
について考えると、印加される歪みｘijと、誘起される
分極量の変化ΔＰiとの関係は、次式 ΔＰi＝ｃijk ｘij によって表される。ここで、係数ｃijkはピエゾ定数と
呼ばれる量であり、圧電定数ｄijkと同様に、圧電材料
の圧電特性を決定する重要な量となる。
【００２７】このとき、誘起される分極量には、大きく
分けると、結晶全体が歪みから一様に変形することによ
って生じる分極と、その状態から、原子が歪んだ格子に
おける安定位置へと変位することによって生じる分極
と、の２つの分極成分が寄与している。これらのうち、
後者の分極成分による分極量の変化ΔＰiは、原子の原
子変位をΔｕI i（ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ；Ｉは単位胞内の原子
を指定する添字）、単位胞（unit cell 、単位格子）の
体積をΩとすると、次式 ΔＰi＝Ｚ* I ΔｕI i ／ Ω によって表される。ここで、Ｚ* Iは、原子変位ΔｕI iと
分極量の変化ΔＰiとの関係を示す実効的な（見掛け
の）電荷量であり、有効電荷と呼ばれる。この式より、
有効電荷Ｚ* Iが大きいほど、ピエゾ定数ｃijkは大きく
なる傾向にある。したがって、有効電荷は圧電特性につ
いての良い指標となる。
分けると、結晶全体が歪みから一様に変形することによ
って生じる分極と、その状態から、原子が歪んだ格子に
おける安定位置へと変位することによって生じる分極
と、の２つの分極成分が寄与している。これらのうち、
後者の分極成分による分極量の変化ΔＰiは、原子の原
子変位をΔｕI i（ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ；Ｉは単位胞内の原子
を指定する添字）、単位胞（unit cell 、単位格子）の
体積をΩとすると、次式 ΔＰi＝Ｚ* I ΔｕI i ／ Ω によって表される。ここで、Ｚ* Iは、原子変位ΔｕI iと
分極量の変化ΔＰiとの関係を示す実効的な（見掛け
の）電荷量であり、有効電荷と呼ばれる。この式より、
有効電荷Ｚ* Iが大きいほど、ピエゾ定数ｃijkは大きく
なる傾向にある。したがって、有効電荷は圧電特性につ
いての良い指標となる。
【００２８】また、原子の原形相から強誘電相に遷移し
た場合の原子変位をｕI i（ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ）とすると、
このときの自発分極Ｐs iは、有効電荷Ｚ* Iを用いて、 Ｐs i≒ΣI Ｚ* I ｕI i ／ Ω と近似できる。よって、原子変位量が大きいほど、ま
た、有効電荷の絶対値が大きくなるほど、自発分極量は
大きくなる。
た場合の原子変位をｕI i（ｉ＝ｘ、ｙ、ｚ）とすると、
このときの自発分極Ｐs iは、有効電荷Ｚ* Iを用いて、 Ｐs i≒ΣI Ｚ* I ｕI i ／ Ω と近似できる。よって、原子変位量が大きいほど、ま
た、有効電荷の絶対値が大きくなるほど、自発分極量は
大きくなる。
【００２９】次に、上記した自発分極Ｐs、有効電荷Ｚ*
I、及び原子変位ｕなどの量を用いて、ＡサイトにＳｎ
を配置したペロブスカイト型酸化物（ＳｎxＡ1-x）（Ｔ
ｉyＢ1-y）Ｏ3からなる圧電材料の圧電特性について、
従来の圧電材料であるＰｂＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3の特
性と比較しつつ説明する。なお、以下においては、原子
変位ｕは、各原子の変位量の二乗和の平方根 ｕ＝√（ΣI（ｕI xｕI x＋ｕI yｕI y＋ｕI zｕI z）） によって示すこととする。
I、及び原子変位ｕなどの量を用いて、ＡサイトにＳｎ
を配置したペロブスカイト型酸化物（ＳｎxＡ1-x）（Ｔ
ｉyＢ1-y）Ｏ3からなる圧電材料の圧電特性について、
従来の圧電材料であるＰｂＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3の特
性と比較しつつ説明する。なお、以下においては、原子
変位ｕは、各原子の変位量の二乗和の平方根 ｕ＝√（ΣI（ｕI xｕI x＋ｕI yｕI y＋ｕI zｕI z）） によって示すこととする。
【００３０】特性の比較は、局所密度近似を用いた密度
汎関数法による計算結果によって行う。この計算方法
は、実験値や経験定数を参照する必要がなく、既存の物
質はもとより、未知の物質に対しても高精度で信頼性の
高い計算が可能な計算方法として、固体物理の分野にお
いて広く用いられている（例えば、強誘電体への適用の
一例として、文献「W. Zhong, R. D. King-Smith, and
D. Vanderbilt, Phys.Rev.Lett. 72, p.3618（1994）」
参照）。
汎関数法による計算結果によって行う。この計算方法
は、実験値や経験定数を参照する必要がなく、既存の物
質はもとより、未知の物質に対しても高精度で信頼性の
高い計算が可能な計算方法として、固体物理の分野にお
いて広く用いられている（例えば、強誘電体への適用の
一例として、文献「W. Zhong, R. D. King-Smith, and
D. Vanderbilt, Phys.Rev.Lett. 72, p.3618（1994）」
参照）。
【００３１】計算のための入力パラメータは、結晶を構
成する原子の種類、及び結晶構造についてのパラメータ
（格子ベクトルと原子の位置などの結晶学的パラメー
タ）である。ただし、結晶学的パラメータについては、
適当な初期値のみを入力すれば、計算過程において、安
定した構造となるパラメータ値に最適化される。
成する原子の種類、及び結晶構造についてのパラメータ
（格子ベクトルと原子の位置などの結晶学的パラメー
タ）である。ただし、結晶学的パラメータについては、
適当な初期値のみを入力すれば、計算過程において、安
定した構造となるパラメータ値に最適化される。
【００３２】ここで、この計算方法において得られる結
晶学的パラメータのパラメータ値を、本発明による圧電
材料（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3の一例であるＳ
ｎＴｉＯ3（ｘ＝ｙ＝１）と、従来の圧電材料であるＰ
ｂＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3とについて、表１に示す。
晶学的パラメータのパラメータ値を、本発明による圧電
材料（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3の一例であるＳ
ｎＴｉＯ3（ｘ＝ｙ＝１）と、従来の圧電材料であるＰ
ｂＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3とについて、表１に示す。
【００３３】
【表１】 ここでは、既存の強誘電性ペロブスカイト型酸化物Ｐｂ
ＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3に対して、正方晶構造及び菱面
体晶構造での計算を行った。これらの計算結果をみる
と、格子定数や軸比、軸角など、各結晶学的パラメータ
ともに計算値と実験値とが良好に一致していることがわ
かる。また、両構造におけるエネルギー差から、ＰｂＴ
ｉＯ3では正方晶構造が、また、ＢａＴｉＯ3では菱面体
晶構造がより安定であるという結果が得られるが、これ
は、実験で観測される両物質の基底状態での結晶構造を
正しく再現している。
ＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3に対して、正方晶構造及び菱面
体晶構造での計算を行った。これらの計算結果をみる
と、格子定数や軸比、軸角など、各結晶学的パラメータ
ともに計算値と実験値とが良好に一致していることがわ
かる。また、両構造におけるエネルギー差から、ＰｂＴ
ｉＯ3では正方晶構造が、また、ＢａＴｉＯ3では菱面体
晶構造がより安定であるという結果が得られるが、これ
は、実験で観測される両物質の基底状態での結晶構造を
正しく再現している。
【００３４】一方、同様な計算方法によって、本発明に
よる圧電材料の一例であるＳｎＴｉＯ3に対して行った
計算結果では、この圧電材料は、その安定構造はエネル
ギー差から正方晶構造である。また、自発分極を有する
強誘電体であることが示された。
よる圧電材料の一例であるＳｎＴｉＯ3に対して行った
計算結果では、この圧電材料は、その安定構造はエネル
ギー差から正方晶構造である。また、自発分極を有する
強誘電体であることが示された。
【００３５】図３は、３種類の圧電材料ＳｎＴｉＯ3、
ＰｂＴｉＯ3、及びＢａＴｉＯ3に対して求められた、強
誘電相での自発分極Ｐs（Ｃ／ｍ2）の計算値を示すグラ
フである（実線）。このグラフより、自発分極の値は、
ＳｎＴｉＯ3＞ＰｂＴｉＯ3＞ＢａＴｉＯ3の順番で大き
くなっていることがわかる。
ＰｂＴｉＯ3、及びＢａＴｉＯ3に対して求められた、強
誘電相での自発分極Ｐs（Ｃ／ｍ2）の計算値を示すグラ
フである（実線）。このグラフより、自発分極の値は、
ＳｎＴｉＯ3＞ＰｂＴｉＯ3＞ＢａＴｉＯ3の順番で大き
くなっていることがわかる。
【００３６】すなわち、ＰｂＴｉＯ3の自発分極量は、
ＢａＴｉＯ3よりも大きい。これは、圧電材料ＰｂＴｉ
Ｏ3においてＰｂ−Ｏ原子間の結合が形成されて、Ｂａ
ＴｉＯ3よりも高い圧電性が得られることと対応してい
る。これに対して、ＳｎＴｉＯ3では、ＰｂＴｉＯ3より
もさらに大きい自発分極量が得られている。なお、既存
の圧電材料であるＰｂＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3について
は、その実験値についても点線によって示してあり、計
算値と実験値とが良く一致していることがわかる。
ＢａＴｉＯ3よりも大きい。これは、圧電材料ＰｂＴｉ
Ｏ3においてＰｂ−Ｏ原子間の結合が形成されて、Ｂａ
ＴｉＯ3よりも高い圧電性が得られることと対応してい
る。これに対して、ＳｎＴｉＯ3では、ＰｂＴｉＯ3より
もさらに大きい自発分極量が得られている。なお、既存
の圧電材料であるＰｂＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3について
は、その実験値についても点線によって示してあり、計
算値と実験値とが良く一致していることがわかる。
【００３７】図４は、３種類の圧電材料に対して求めら
れた、Ａサイトに位置する原子（それぞれＳｎ、Ｐｂ、
Ｂａ）の有効電荷Ｚ* Aの計算値を示すグラフである（実
線）。Ａサイト原子のイオン価は、イオン模型からは＋
２価と考えられる。これに対して、Ｂａの有効電荷は
２．７５であり、イオン模型での値に近い。一方、Ｐｂ
の有効電荷は３．８９で、イオン模型での値に比べてか
なり大きい値となっている。これは、上述したように、
Ｐｂ−Ｏ原子間に結合が形成されることに起因してお
り、ＰｂＴｉＯ3の自発分極がＢａＴｉＯ3よりも大きく
なる原因である。これに対して、ＳｎＴｉＯ3では、Ｓ
ｎの有効電荷は４．２６で、Ｐｂよりもさらに大きい有
効電荷が得られている。このことは、Ｓｎ−Ｏ原子間に
強い結合が形成されることを示すものである。
れた、Ａサイトに位置する原子（それぞれＳｎ、Ｐｂ、
Ｂａ）の有効電荷Ｚ* Aの計算値を示すグラフである（実
線）。Ａサイト原子のイオン価は、イオン模型からは＋
２価と考えられる。これに対して、Ｂａの有効電荷は
２．７５であり、イオン模型での値に近い。一方、Ｐｂ
の有効電荷は３．８９で、イオン模型での値に比べてか
なり大きい値となっている。これは、上述したように、
Ｐｂ−Ｏ原子間に結合が形成されることに起因してお
り、ＰｂＴｉＯ3の自発分極がＢａＴｉＯ3よりも大きく
なる原因である。これに対して、ＳｎＴｉＯ3では、Ｓ
ｎの有効電荷は４．２６で、Ｐｂよりもさらに大きい有
効電荷が得られている。このことは、Ｓｎ−Ｏ原子間に
強い結合が形成されることを示すものである。
【００３８】図５は、３種類の圧電材料に対して求めら
れた、原子変位ｕ（Å／単位胞）の計算値を示すグラフ
である（実線）。このグラフより、原子変位の値は、自
発分極及び有効電荷と同様に、ＳｎＴｉＯ3＞ＰｂＴｉ
Ｏ3＞ＢａＴｉＯ3の順番で大きくなっていることがわか
る。すなわち、ＳｎＴｉＯ3では、ＰｂＴｉＯ3及びＢａ
ＴｉＯ3よりも大きい０．６以上の原子変位が得られて
いる。なお、ＰｂＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3については、
その実験値についても点線によって示してあり、計算値
は原子変位をやや小さく評価する傾向にあるが、実験値
との一致は良好であることがわかる。
れた、原子変位ｕ（Å／単位胞）の計算値を示すグラフ
である（実線）。このグラフより、原子変位の値は、自
発分極及び有効電荷と同様に、ＳｎＴｉＯ3＞ＰｂＴｉ
Ｏ3＞ＢａＴｉＯ3の順番で大きくなっていることがわか
る。すなわち、ＳｎＴｉＯ3では、ＰｂＴｉＯ3及びＢａ
ＴｉＯ3よりも大きい０．６以上の原子変位が得られて
いる。なお、ＰｂＴｉＯ3及びＢａＴｉＯ3については、
その実験値についても点線によって示してあり、計算値
は原子変位をやや小さく評価する傾向にあるが、実験値
との一致は良好であることがわかる。
【００３９】このような原子変位の発生等については、
それぞれにおける価電子密度分布から確認することがで
きる。図６は、ＳｎＴｉＯ3の単位立方格子における価
電子密度分布を示す図であり、図６（ａ）は４つのＡサ
イト（Ｓｎイオン）及び１つのＯイオンを含む面での価
電子密度分布、図６（ｂ）は１つのＢサイト（Ｔｉイオ
ン）及び４つのＯイオンを含む面での価電子密度分布を
それぞれ示している。また、図７、図８は、ＰｂＴｉＯ
3及びＢａＴｉＯ3について、それぞれ同様に価電子密度
分布を示した図である。
それぞれにおける価電子密度分布から確認することがで
きる。図６は、ＳｎＴｉＯ3の単位立方格子における価
電子密度分布を示す図であり、図６（ａ）は４つのＡサ
イト（Ｓｎイオン）及び１つのＯイオンを含む面での価
電子密度分布、図６（ｂ）は１つのＢサイト（Ｔｉイオ
ン）及び４つのＯイオンを含む面での価電子密度分布を
それぞれ示している。また、図７、図８は、ＰｂＴｉＯ
3及びＢａＴｉＯ3について、それぞれ同様に価電子密度
分布を示した図である。
【００４０】これらの価電子密度分布より、Ｐｂ−Ｏ間
（図７）の原子間距離はＢａ−Ｏ間（図８）に比べて小
さいが、Ｓｎ−Ｏ間（図６）の原子間距離は、Ｐｂ−Ｏ
間よりもさらに小さくなっていることがわかる。これ
は、Ｓｎ−Ｏ原子間に、高い圧電性が発現する原因とな
る結合が、Ｐｂ−Ｏ原子間よりもさらに強く形成されて
いることを示している。これによって、陽イオン（Ｓ
ｎ、Ｔｉ）と陰イオン（Ｏ）との逆位相の変位が促進さ
れ、ＳｎＴｉＯ3での原子変位が大きくなって、高い圧
電性が発現される。
（図７）の原子間距離はＢａ−Ｏ間（図８）に比べて小
さいが、Ｓｎ−Ｏ間（図６）の原子間距離は、Ｐｂ−Ｏ
間よりもさらに小さくなっていることがわかる。これ
は、Ｓｎ−Ｏ原子間に、高い圧電性が発現する原因とな
る結合が、Ｐｂ−Ｏ原子間よりもさらに強く形成されて
いることを示している。これによって、陽イオン（Ｓ
ｎ、Ｔｉ）と陰イオン（Ｏ）との逆位相の変位が促進さ
れ、ＳｎＴｉＯ3での原子変位が大きくなって、高い圧
電性が発現される。
【００４１】以上、図３〜図５にそれぞれ示した自発分
極、有効電荷、及び原子変位の値より、圧電特性と大き
く関係しているこれらの量は、互いに強い相関関係を有
していることがわかる。特に、Ｔｉ−Ｏ原子間の結合に
加えて、Ｐｂ−Ｏ原子間に結合が形成されることによっ
て優れた圧電特性を有するＰｂＴｉＯ3は、Ｔｉ−Ｏ原
子間の結合のみによるＢａＴｉＯ3に比べて、各量とも
に大きい値を有している。
極、有効電荷、及び原子変位の値より、圧電特性と大き
く関係しているこれらの量は、互いに強い相関関係を有
していることがわかる。特に、Ｔｉ−Ｏ原子間の結合に
加えて、Ｐｂ−Ｏ原子間に結合が形成されることによっ
て優れた圧電特性を有するＰｂＴｉＯ3は、Ｔｉ−Ｏ原
子間の結合のみによるＢａＴｉＯ3に比べて、各量とも
に大きい値を有している。
【００４２】これに対して、圧電材料（ＳｎxＡ1-x）
（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3の一例であるＳｎＴｉＯ3では、自発
分極、有効電荷、及び原子変位の各量ともに、ＰｂＴｉ
Ｏ3よりもさらに大きい値が得られている。このこと
は、鉛代替元素として、Ａサイトの全部または少なくと
も一部にＳｎを配置した圧電材料において、Ｓｎ−Ｏ原
子間に強い結合が形成されて（図６〜図８参照）、Ｐｂ
ＴｉＯ3と同等もしくはそれ以上の圧電特性が発現され
ることを示すものである。
（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3の一例であるＳｎＴｉＯ3では、自発
分極、有効電荷、及び原子変位の各量ともに、ＰｂＴｉ
Ｏ3よりもさらに大きい値が得られている。このこと
は、鉛代替元素として、Ａサイトの全部または少なくと
も一部にＳｎを配置した圧電材料において、Ｓｎ−Ｏ原
子間に強い結合が形成されて（図６〜図８参照）、Ｐｂ
ＴｉＯ3と同等もしくはそれ以上の圧電特性が発現され
ることを示すものである。
【００４３】ＡサイトにＳｎを配置した非鉛圧電材料
（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3としては、上記した
ＳｎＴｉＯ3（ｘ＝ｙ＝１）だけでなく、上記一般式に
含まれている他の様々な混晶系においても、同様に高い
圧電性を有する非鉛圧電材料が得られる。そのような例
として、（Ｓｒ0.5Ｓｎ0.5）ＴｉＯ3、（Ｓｎ0.5Ｎａ0.
25Ｂｉ0.25）ＴｉＯ3、（Ｓｒ0.25Ｓｎ0.25Ｎａ0.25Ｂ
ｉ0.25）ＴｉＯ3、及びＳｎ（Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5）Ｏ3の４
つの混晶系に対して、同様に原子変位（Å／単位胞）を
求めた計算値を、それぞれ表２に示す。なお、表２に
は、比較のため、図５に示したＰｂＴｉＯ3及びＢａＴ
ｉＯ3の原子変位についても示してある。
（ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3としては、上記した
ＳｎＴｉＯ3（ｘ＝ｙ＝１）だけでなく、上記一般式に
含まれている他の様々な混晶系においても、同様に高い
圧電性を有する非鉛圧電材料が得られる。そのような例
として、（Ｓｒ0.5Ｓｎ0.5）ＴｉＯ3、（Ｓｎ0.5Ｎａ0.
25Ｂｉ0.25）ＴｉＯ3、（Ｓｒ0.25Ｓｎ0.25Ｎａ0.25Ｂ
ｉ0.25）ＴｉＯ3、及びＳｎ（Ｔｉ0.5Ｚｒ0.5）Ｏ3の４
つの混晶系に対して、同様に原子変位（Å／単位胞）を
求めた計算値を、それぞれ表２に示す。なお、表２に
は、比較のため、図５に示したＰｂＴｉＯ3及びＢａＴ
ｉＯ3の原子変位についても示してある。
【００４４】
【表２】 このように、ＳｎＴｉＯ3において、Ａサイトに配置さ
れているＳｎの一部（ｘ＝０．５、０．２５）、または
ＢサイトのＴｉの一部（ｙ＝０．５）を他の元素に置換
した混晶系においても、ＰｂＴｉＯ3とほぼ同等かそれ
以上の原子変位が得られる。また、原子変位、自発分
極、及び有効電荷の上記した強い相関から、これらの混
晶系によっても、ＳｎＴｉＯ3と同様に、高い圧電性を
有する非鉛圧電材料が得られる。なお、Ｂサイトに配置
される構成元素については、合成時に不純物として混じ
る程度であれば、その一部にＳｎが配置されても良い。
れているＳｎの一部（ｘ＝０．５、０．２５）、または
ＢサイトのＴｉの一部（ｙ＝０．５）を他の元素に置換
した混晶系においても、ＰｂＴｉＯ3とほぼ同等かそれ
以上の原子変位が得られる。また、原子変位、自発分
極、及び有効電荷の上記した強い相関から、これらの混
晶系によっても、ＳｎＴｉＯ3と同様に、高い圧電性を
有する非鉛圧電材料が得られる。なお、Ｂサイトに配置
される構成元素については、合成時に不純物として混じ
る程度であれば、その一部にＳｎが配置されても良い。
【００４５】これらの非鉛圧電材料の合成について検討
するため、ＳｎＴｉＯ3及びその混晶系の生成熱を計算
して求めた結果を、表３に示す。
するため、ＳｎＴｉＯ3及びその混晶系の生成熱を計算
して求めた結果を、表３に示す。
【００４６】
【表３】 既存物質に対する計算値と実験値との比較から、計算さ
れた生成熱の計算精度は、０．１ｅＶ／ａｔｏｍ程度
（１ｅＶ＝１．６０２×１０-19Ｊ）と考えられる。し
たがって、表３に示した各圧電材料物質の生成熱は０も
しくはわずかに正の値となっているが、この計算精度か
ら考えて、本発明の非鉛圧電材料は、ＰｂＴｉＯ3やＢ
ａＴｉＯ3等の合成と同様に、ペロブスカイト型酸化物
の合成方法として周知の方法によって合成することが可
能である。
れた生成熱の計算精度は、０．１ｅＶ／ａｔｏｍ程度
（１ｅＶ＝１．６０２×１０-19Ｊ）と考えられる。し
たがって、表３に示した各圧電材料物質の生成熱は０も
しくはわずかに正の値となっているが、この計算精度か
ら考えて、本発明の非鉛圧電材料は、ＰｂＴｉＯ3やＢ
ａＴｉＯ3等の合成と同様に、ペロブスカイト型酸化物
の合成方法として周知の方法によって合成することが可
能である。
【００４７】また、表３の最下段には、酸素雰囲気中で
の反応によるＳｎＴｉＯ3の生成について示してある。
この場合、ＳｎＴｉＯ3の生成熱は計算精度の範囲を超
えた正の値となっている。したがって、本発明の非鉛圧
電材料の合成においては、還元雰囲気中で合成反応を行
うことが好ましい。
の反応によるＳｎＴｉＯ3の生成について示してある。
この場合、ＳｎＴｉＯ3の生成熱は計算精度の範囲を超
えた正の値となっている。したがって、本発明の非鉛圧
電材料の合成においては、還元雰囲気中で合成反応を行
うことが好ましい。
【００４８】
【発明の効果】本発明による圧電材料は、以上詳細に説
明したように、次のような効果を得る。すなわち、ペロ
ブスカイト型酸化物のＡサイトの全部または一部にＳｎ
を配置した本発明の非鉛圧電材料によれば、Ａサイトに
配置されたＳｎに対してＳｎ−Ｏ原子間の結合が形成さ
れる。これによって、ＰｂＴｉＯ3などの含鉛圧電材料
と同等またはそれ以上の高い圧電性を実現可能な非鉛圧
電材料を得ることができる。
明したように、次のような効果を得る。すなわち、ペロ
ブスカイト型酸化物のＡサイトの全部または一部にＳｎ
を配置した本発明の非鉛圧電材料によれば、Ａサイトに
配置されたＳｎに対してＳｎ−Ｏ原子間の結合が形成さ
れる。これによって、ＰｂＴｉＯ3などの含鉛圧電材料
と同等またはそれ以上の高い圧電性を実現可能な非鉛圧
電材料を得ることができる。
【００４９】このような本発明の非鉛圧電材料は、環境
の観点から問題となる鉛を構成元素として含まないもの
であり、従来のＰｂＴｉＯ3やＰＺＴなどの圧電材料に
比べて、実用上での取扱いが簡単化されるなどの効果が
得られる。その上で、本発明の圧電材料は、既存の含鉛
圧電材料と同等またはそれ以上の圧電性を有することか
ら、様々な素子または装置などへの広い応用が期待され
る。
の観点から問題となる鉛を構成元素として含まないもの
であり、従来のＰｂＴｉＯ3やＰＺＴなどの圧電材料に
比べて、実用上での取扱いが簡単化されるなどの効果が
得られる。その上で、本発明の圧電材料は、既存の含鉛
圧電材料と同等またはそれ以上の圧電性を有することか
ら、様々な素子または装置などへの広い応用が期待され
る。
【図１】圧電材料となるペロブスカイト型酸化物の結晶
構造を示す模式図である。
構造を示す模式図である。
【図２】ペロブスカイト型酸化物（ａ）ＳｎＴｉＯ3、
（ｂ）ＰｂＴｉＯ3、及び（ｃ）ＢａＴｉＯ3でのエネル
ギー準位を示すグラフである。
（ｂ）ＰｂＴｉＯ3、及び（ｃ）ＢａＴｉＯ3でのエネル
ギー準位を示すグラフである。
【図３】ＳｎＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、及びＢａＴｉＯ3
での自発分極を示すグラフである。
での自発分極を示すグラフである。
【図４】ＳｎＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、及びＢａＴｉＯ3
でのＡサイト原子の有効電荷を示すグラフである。
でのＡサイト原子の有効電荷を示すグラフである。
【図５】ＳｎＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、及びＢａＴｉＯ3
での原子変位を示すグラフである。
での原子変位を示すグラフである。
【図６】ＳｎＴｉＯ3での価電子密度分布を示す図であ
る。
る。
【図７】ＰｂＴｉＯ3での価電子密度分布を示す図であ
る。
る。
【図８】ＢａＴｉＯ3での価電子密度分布を示す図であ
る。
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪 和利 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 福本 敦勇 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4G031 AA01 AA03 AA04 AA05 AA09 AA12 AA13 AA14 AA15 AA26 AA31 AA35 BA10 CA01
Claims (2)
- 【請求項１】 下記の一般式： （ＳｎxＡ1-x）（ＴｉyＢ1-y）Ｏ3 ｛式中、ＡはＳｒ、Ｃａ、Ｍｇ、（Ｍ1/2Ｔ1/2）からな
る群から選ばれる少なくとも１種を示し（ただし、Ｍは
ＮａまたはＫ；ＴはＢｉまたはＬａを示す）；ＢはＺ
ｒ、（Ｄ1/3Ｘ2/3）、（Ａｌ1/2Ｘ1/2）からなる群から
選ばれる少なくとも１種を示し（ただし、ＤはＺｎまた
はＭｇ；ＸはＶ、ＮｂまたはＴａを示す）；ｘは０＜ｘ
≦１を満たす数を示し；ｙは０≦ｙ≦１を満たす数を示
す。｝で表されるペロブスカイト型酸化物からなること
を特徴とする圧電材料。 - 【請求項２】 前記一般式中、ｘは０．２５≦ｘ≦１を
満たす数であることを特徴とする請求項１記載の圧電材
料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000220975A JP2002029838A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | 圧電材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000220975A JP2002029838A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | 圧電材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002029838A true JP2002029838A (ja) | 2002-01-29 |
Family
ID=18715481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000220975A Pending JP2002029838A (ja) | 2000-07-21 | 2000-07-21 | 圧電材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002029838A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007088443A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-04-05 | Canon Inc | 圧電体とその製造方法、圧電素子とそれを用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 |
| JP2008254961A (ja) * | 2007-04-04 | 2008-10-23 | Nec Tokin Corp | 圧電組成物 |
| JP2011513191A (ja) * | 2008-03-11 | 2011-04-28 | カーネギー インスチチューション オブ ワシントン | 新しい種類の純粋圧電物質 |
| US8248753B2 (en) | 2009-01-16 | 2012-08-21 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Dielectric ceramic and laminated ceramic capacitor |
| WO2014185379A1 (ja) * | 2013-05-15 | 2014-11-20 | 株式会社村田製作所 | 圧電セラミック、圧電セラミックの製造方法及び圧電セラミック電子部品 |
| JP2015010026A (ja) * | 2013-07-01 | 2015-01-19 | 株式会社村田製作所 | 誘電体セラミックの製造方法および誘電体セラミック |
| JP2021522158A (ja) * | 2018-05-04 | 2021-08-30 | マックス−プランク−ゲゼルシャフト・ツア・フェルデルング・デア・ヴィッセンシャフテン・エー・ファオＭａｘ−Ｐｌａｎｃｋ−Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｚｕｒ Ｆｏｅｒｄｅｒｕｎｇ ｄｅｒ Ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ ｅ．Ｖ． | ＳｎＴｉＯ３材料、その調製方法、強誘電体材料としてのその使用及び強誘電体材料を含むデバイス |
-
2000
- 2000-07-21 JP JP2000220975A patent/JP2002029838A/ja active Pending
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