高性能の圧力・加速度センサや、振動発電の実現に期待

本学理工学部物質生命理工学科の内田 寛教授と、東京工業大学 物質理工学院 材料系の舟窪浩教授（元素戦略研究センター兼任）、舘山明紀大学院生（博士後期課程2年）、伊東良晴博士研究員、工学院 電気電子系の黒澤実准教授と折野裕一郎研究員らの研究グループは、毒性元素の鉛を含まない圧電体であるニオブ酸カリウムナトリウム（(K,Na)NbO3）の膜を、水熱法により300℃以下の低温で作製することに成功しました。

研究の要点

• 高電圧処理を必要としない圧電体膜の作製に成功
• 酸化物膜では最高値であり、窒化物膜にも匹敵するセンサ性能定数を達成
• 力を利用したセンサおよびエナジーハーベスタ（振動発電機）への応用に期待

研究概要

従来の圧電体では、電気的な破壊のリスクを伴う高電圧処理が不可欠でしたが、今回作製した圧電体膜ではこの処理が不要であることが分かりました。その見積もったセンサ性能定数（ｇ31）（用語1）は、長期間安定して使用できる酸化物膜としては最高値であり、これまで最高性能が報告されている窒化物膜にも迫る値を達成しました。この成果により、高電圧処理が不要で特性劣化が少ない、大面積や3次元構造のセンサやエナジーハーベスタ（振動発電機）（用語2）の実現が期待されます。

本成果は、内田教授と東京工業大学のほか、物質・材料研究機構 機能性材料研究拠点の独立研究者の清水荘雄博士、東北大学金属材料研究所の今野豊彦教授、木口賢紀准教授、白石貴久博士、大阪府立大学の吉村武准教授の研究グループによるもので、10月6日付（現地時間）で米国物理学会誌「Applied Physics Letters」に掲載されました。

論文タイトル：
Good piezoelectricity of self-polarized thick epitaxial (K,Na)NbO3 films grown below the Curie temperature (240°C) using a hydrothermal method (Applied Physics Letters ウェブサイトへのリンク)

プレスリリース全文(378.36 KB)

用語説明

1. センサ性能定数(g31)センサ等の特性評価に用いられる値。圧電定数を誘電率で割った値に比例する。
2. エナジーハーベスタ（振動発電機）環境（光、振動、熱など）を利用して発電を行うデバイス。本発表では、振動を利用する。様々なデバイスと組み合わせることで、バッテリーを必要としないセンサなどの開発が可能になる。