研究者が圧電材料の長年の課題を解決(Researchers Solve Long-Standing Challenge for Piezoelectric Materials)

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2024-08-06 ノースカロライナ州立大学(NCState)

超音波やソナー技術に用いられる圧電材料は、熱や圧力で劣化しやすく、修復には高温が必要でした。しかし、カリフォルニア大学アーバイン校の研究チームは、室温で劣化を修復する技術を開発しました。圧電材料は電場で電荷を整列させる「ポーリング」が必要ですが、熱や圧力で整列が崩れると再整列が困難でした。新技術では交流電場を使用して室温でデポーリングとリポーリングを行うことが可能です。これにより製造プロセスが簡素化され、既存デバイスの寿命延長も期待されます。この研究は「Nature Communications」に掲載されました。

<関連情報>

熱処理なしでリラクサーPbTiO3圧電単結晶の電気的脱分極と再分極が可能 Electrical de-poling and re-poling of relaxor-PbTiO3 piezoelectric single crystals without heat treatment

Hwang-Pill Kim,Mao-Hua Zhang,Bo Wang,Huaiyu Wu,Zhengze Xu,Sipan Liu,Sunho Moon,Yohachi Yamashita,Jong Eun Ryu,Jun Liu,Shujun Zhang,Long-Qing Chen & Xiaoning Jiang
Nature Communications  Published:30 July 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-50847-3

研究者が圧電材料の長年の課題を解決(Researchers Solve Long-Standing Challenge for Piezoelectric Materials)

Abstract

Re-poling of unexpected partially depoled piezoelectric materials conventionally needs to be first fully depoled through annealing above their Curie temperature to revive piezoelectric performances. Here, we investigated de-poling and re-poling of Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 single crystals under electric fields at room temperature. We found that alternating current electric fields with amplitudes near the coercive field at low frequencies (<10 Hz) can be employed to successfully depolarize poled crystals at room temperature. We also demonstrated a reversible polarization switching process with a relaxor-PbTiO3 single crystal ultrasound transducer without device performance degradations. This experimental observation is supported by phase-field simulation, showing that alternating current electric fields can readily induce de-poling at room temperature, while direct current electric fields induce a transient depoled state only within an uncontrollable short period of time. The findings suggest new strategies for unprecedented in-device tailoring of the polarization states of ferroelectric materials.

0405電気設備
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