本发明专利技术提供一种含有无铅强介电材料，且具有低介电损耗、高机电耦合系数以及与钛酸锆酸铅（ＰＺＴ）相同的高压电常数的无铅压电体薄膜。本发明专利技术的压电体薄膜具有由钙钛矿型复合氧化物（Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ３构成的（Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ３膜。（Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ３膜具有（００１）取向，还含有Ａｇ。在（Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ３膜中的摩尔比Ａｇ／Ｔｉ在０．００１以上０．０１以下。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具备压电体层的压电体薄膜。本专利技术还涉及具备该压电体薄膜的喷墨头和使用该喷墨头形成图像的方法、具备该压电体薄膜的角速度传感器和使用该角速度传感器测定角速度的方法以及具备该压电体薄膜的压电发电元件和使用该元件的发电方法。
技术介绍
钛酸锆酸铅(PZT =Pb(ZrxTi1^x)O3,0 < χ < 1)是能够储存大量电荷的代表性的强介电材料。PZT用于电容器和薄膜存储器。PZT具有基于强介电性的热电性和压电性。PZT 具有很高的压电性能。通过调整组成或添加元素，就可以容易地控制PZT的机械品质因数 Qm。这些使得将PZT应用在传感器、驱动器、超声波马达、滤波电路和振动器成为可能。但是，PZT含有大量的铅。近年，因从废弃物中溶出铅而造成的生态系统和环境的严重破坏备受关注。所以，国际上铅的使用限制也在升级。因此就需求一种与PZT不同的不含铅的强介电材料(无铅强介电材料)。目前正在开发的无铅(lead-free)强介电材料的一个例子为铋(Bi)、钠(Na)、钡 (Ba)和钛(Ti)构成的钙钛矿型复合氧化物)为5 10%时，该强介电材料具有约 125pC/N的压电常数d33，具有高压电性能。在像陶瓷这样的大尺寸的强介电体中，尝试了通过添加微量的掺杂物来提高压电性能。非专利文献2公开了添加了银(Ag)的(Bi、Na、Ba)TiO3陶瓷((Bi, Na, Ba, Ag)TiO3 陶瓷)。该陶瓷的压电常数随着Ag添加量的增加而升高。特别是具有摩尔比Ag/Ti = 0. 03 的组成的该陶瓷，与不添加Ag的情况相比，具有高出9%左右的压电常数d33。但是，随着Ag 的添加，该陶瓷的介电损耗tan δ增加，机电耦合系数减少。机电耦合系数表示电能和机械能的转换效率。另一方面，在压电体薄膜中，尝试了通过对齐结晶的取向轴来提高压电性能。该方法之一是在基板和压电体薄膜之间配置界面层(缓冲层)。专利文献2和专利文献3公开了含有构成压电体薄膜的元素的全部或一部分的界面层。此外，非专利文献3和非专利文献4公开了使用了脉冲激光沉积法(PLD法)或RF磁控溅射法形成沿特定方向取向的压电体薄膜。结晶取向没有被控制的压电体薄膜显示出非常低的强介电性能和压电性能。强介电性能例如为剩余极化。具有陶瓷形态的(Bi、Na、Ba) TiO3显示出左右的介电损耗(参考非专利文献1)。与此相对，(Bi、Na、Ba)Ti03薄膜的介电损耗特别是在kHz以下的低频区域急剧增加，达到数十％ (参考非专利文献4)。这是因为(Bi、Na、Ba)Ti03薄膜易于产生漏电电流的缘故。介电损耗高时，薄膜的强介电性能和压电性能显著降低。专利文献4公开了含有Ag作为添加元素，以特定的化学式表示的压电磁性组合物。该组合物为大尺寸的。该组合物不含铅，且选自压电常数d31、相对介电常数、介电损耗和居里温度Tc中的至少一种特性优异。现有技术文献专利文献 专利文献1 日本特公平4-60073号公报专利文献2 日本特开平10_182四1号公报专利文献3 日本特开2007-266346号公报专利文献4 日本特开2008-169113号公报非专利文献^^^lJ1 :T. Takenaka et al. , Japanese Journal Vol. 30，No.9B, (1991)，pp.2236-2239非专禾丨J 文献 2 :D. Q. Xiao et al. , Japanese Journal Vol. 44，No.12，(2005)，pp.8515-8518非专利文献 3 :H. W. Cheng et al.，Applied Physics Letters, Vol. 85, No. 12， (2004)，pp.2319-2321非专禾Ij 文献 4 :Z. H. Zhou et al.，Applied Physics Letters, Vol. 85, No. 5, (2004)，pp.804-806of Applied Physics, of Applied Physics,
技术实现思路
专利技术所要解决的课题对于压电体材料而言，首先需求高的压电性能。而且还需要低的介电损耗和高的机电耦合系数。特别是在传感器中使用时，介电损耗和机电耦合系数备受重视。因此，压电材料中需要下述(a)、(b)和(c)中的不止一个，而是全部。(a)-70pC/N以下的压电常数d31 (高位移量)(b)5. 0%以下的介电损耗tan δ (低能量损耗)(c)0. 30以上的机电耦合系数k31 (高能量转换效率)本专利技术的目的在于提供一种含有无铅强介电材料，并具有低介电损耗、高机电耦合系数和与PZT同样的高压电常数的无铅压电体薄膜。本专利技术的其他目的在于提供具备该无铅压电体薄膜的喷墨头、角速度传感器和压电发电元件。本专利技术的另一个其他目的在于提供使用该喷墨头形成图像的方法、使用该角速度传感器测定角速度的方法和使用该压电发电元件的发电方法。用于解决课题的方法本专利技术的专利技术者们发现 通过对作为无铅强介电材料的由(Bi、Na、Ba)TiO3构成的薄膜((Bi、Na、Ba)TiO3 膜)添加指定量的Ag，可以形成在基板和压电体薄膜之间不形成界面层，(001)取向性优异的(Bi、Na、Ba) TiO3 膜，·通过该(Bi、Na、Ba)Ti03膜，可以同时实现(a)高压电常数、(b)低介电损耗和 (c)高机电耦合系数。 本专利技术的专利技术者们基于这些发现完成了本专利技术。本专利技术的压电体薄膜具有由钙钛矿型复合氧化物(Bi、Na、Ba)Ti03构成的(Bi、Na、 Ba)Ti03 膜。上述(Bi、Na、Ba)Ti03 膜具有(001)取向，还含有 Ag。上述(Bi、Na、Ba)TiO3 膜中的摩尔比Ag/Ti在0. 001以上0.01以下。本专利技术的喷墨头具备具有压电体层的压电体薄膜、与上述压电体薄膜接合的振动层、具有容纳墨水的压力室并且与上述振动层中上述压电体薄膜接合的面相反侧的面接合的压力室部件。上述压电体薄膜还具有夹着上述压电体层的第1电极和第2电极。上述振动层与上述压电体薄膜接合，基于压电效果，使得对应于所述压电体薄膜的形变而在该振动层的膜厚方向位移。上述振动层与上述压力室部件相互接合，使得对应于上述振动层的位移，上述压力室的容积变化，并且对应于上述压力室的容积的变化，上述压力室内的墨水被喷出。上述压电体层是由钙钛矿型复合氧化物(Bi、Na、Ba)TiO3构成的(Bi、Na、Ba) TiO3膜。上述(Bi、Na、Ba)TiO3膜具有(001)取向，还含有Ag。上述(Bi、Na、Ba)TiO3膜中的摩尔比Ag/Ti在0. 001以上0.01以下。使用喷墨头形成图像的本专利技术的方法包括准备上述喷墨头的工序和下述的工序 A。这里，上述喷墨头具备具有压电体层的压电体薄膜、与上述压电体薄膜接合的振动层、具有容纳墨的压力室并且与上述振动层中上述压电体薄膜接合的面相反侧的面接合的压力室部件。上述压电体薄膜还具有夹着上述压电体层的第1电极和第2电极。上述振动层与上述压电体薄膜接合，基于压电效果，使得对应于所述压电体薄膜的形变而在该振动层的膜厚方向位移。上述振动层与上述压力室部件相互接合，使得对应于上述振动层的位移，上本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种压电体薄膜，其特征在于：具有由钙钛矿型复合氧化物（Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ３构成的（Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ３膜，所述（Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ３膜具有（００１）取向，还含有Ａｇ，所述（Ｂｉ、Ｎａ、Ｂａ）ＴｉＯ３膜中的摩尔比Ａｇ／Ｔｉ在０．００１以上０．０１以下。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：张替贵圣，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。