提供一种包含具有高取向度的基于铌酸钡铋的钨青铜结构金属氧化物的压电材料。还提供包括压电材料的压电元件、液体排放头、超声波电机、以及灰尘清洁设备。该压电材料包括：钨青铜结构金属氧化物，包括金属元素钡、铋和铌；以及钨。金属元素以摩尔计量满足以下条件：当Ba/Nb＝a时，0.30≤a≤0.40，以及当Bi/Nb＝b时，0.012≤b≤0.084。以金属计量的钨含量相对于钨青铜结构金属氧化物的100重量份是0.40至3.00重量份。钨青铜结构金属氧化物具有c轴取向。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及压电材料。特别地，其涉及无铅压电材料。其还涉及使用无铅压电材料的压电元件、液体排放头、超声波电机以及灰尘清洁设备。
技术介绍
含铅的锆钛酸铅是各种压电设备中最广泛使用的压电材料。已试图用无铅压电材料替代含铅压电材料。这是为了解决如下顾虑：含铅压电设备一旦被丢弃并暴露于酸雨就会由于压电材料中的铅成分可渗入到大地中而对生态系统造成损害。因此，做出了压电材料的各种提议。无铅压电材料的一个示例是含有例如铌酸钡铋作为主要成分的钨青铜结构材料。PTL1公开了含有铌酸钡锂作为主要成分和铌酸铋作为附属成分的材料系统。然而，由于具有钨青铜结构的晶体的单位晶格的形状各向异性高，所以极轴方向仅在c轴方向（即，单位晶格的短边方向）上。相应地，存在较少的可以有助于压电性的有效磁畴并且压电属性令人不满意。用以增进具有钨青铜结构的无铅压电材料的属性的另一方法是通过使用磁场（磁取向）使压电材料定向。磁取向可以增大有助于压电性的有效磁畴的数量。PTL2公开了在进行磁取向时使用各向异性粒子作为起始材料以改进取向度的技术。然而，此技术仅可应用于具有可以使用各向异性粒子作为起始材料的成分的压电材料。因此，难以获得具有良好属性的基于定向的铌酸钡铋的材料。本专利技术提供包含具有高取向度的基于铌酸钡铋的钨青铜结构金属氧化物的无铅压电材料。还提供包括该压电材料的压电元件、液体排放头、超声波电机、以及灰尘清洁设备。引用列表专利文献PTL1日本专利公开No.2001-72466PTL2日本专利公开No.2008-208004
技术实现思路
本专利技术提供压电材料，包括：钨青铜结构金属氧化物，包括金属元素钡、铋和铌；以及钨。金属元素以摩尔计量满足以下条件：当Ba/Nb＝a时，0.30≤a≤0.40，以及当Bi/Nb＝b时，0.012≤b≤0.084。以金属计量的钨含量相对于钨青铜结构金属氧化物的100重量份是0.40至3.00重量份。钨青铜结构金属氧化物具有c轴取向。本专利技术还提供：压电元件，包括：第一电极、压电材料以及第二电极。本专利技术还提供包括该压电元件的液体排放头、超声波电机以及灰尘清洁设备。本专利技术可提供包括具有高取向度的基于铌酸钡铋的钨青铜结构金属氧化物的压电材料。由于压电材料无铅，所以对生态系统的影响低。还可以提供具有高耐久性的压电元件、液体排放头、超声波电机以及灰尘清洁设备。附图说明图1A和1B是通过X光衍射分析在2θ-θ模式中拍摄的压电材料的衍射图案。图2是根据实施例的压电元件的示意图。图3A和图3B是示出了根据实施例的液体排放头的一个示例的示意图。图4A是示出了根据实施例的超声波电机的示意图。图4B是示出了根据另一实施例的超声波电机的示意图。图5A和5B是示出了根据实施例的灰尘清洁设备的示意图。具体实施方式现在将描述本专利技术的实施例。根据实施例的压电材料包括：包含以摩尔计量满足下面条件的金属元素Ba、Bi以及Nb的钨青铜结构金属氧化物；以及钨(W)：当Ba/Nb＝a时，0.30≤a≤0.40，以及当Bi/Nb＝b时，0.012≤b≤0.084。以金属计量的钨（W）含量是相对于钨青铜结构金属氧化物的100重量份的0.40至3.00重量份。钨青铜结构金属氧化物具有c轴取向。在本专利技术中，术语“钨青铜结构”是指通常已知为四方钨青铜（TTB）结构的结构，而并非由于电致变色现象而已知的HxWO3（钨青铜）或六方钨青铜（HTB）结构。压电材料具有钨青铜结构并含有Ba、Bi以及Nb。认为Ba和Bi占据A部位，而Nb占据B部位。当钨青铜结构由Ba、Bi以及Nb构成时，可以获得高机械品质因数和高压电性。可以通过例如X光衍射分析来确认压电材料具有钨青铜结构。在2θ-θ模式中测量的钨青铜结构的衍射图案具有可归属于靠近2θ＝22.5°的（001）平面的峰、可归属于靠近2θ＝32.1°的（211）平面的峰、以及可归属于靠近2θ＝46.2°的（002）平面的峰。用语“以摩尔计量”意思是把通过X光荧光分析、感应耦合等离子体（ICP）原子发射光谱法、原子吸收光谱测量法等确定的钨青铜结构中含有的元素（比如，Ba、Bi以及Nb）的量转换为按摩尔的比率。以摩尔计量的Ba对Nb的比率a是0.30≤a≤0.40。当比率a小于0.30时，居里温度降低并且压电材料可能无法在室温工作。当比率a大于0.40时，压电属性降级。以摩尔计量的Bi对Nb的比率b是0.012≤b≤0.084。当比率b大于0.084时，居里温度降低并且压电材料可能无法在室温工作。当比率b小于0.012时，压电属性可能降低。“以金属计”的W含量通过以下方式确定：通过X光荧光分析、ICP原子发射光谱法、原子吸收光谱测量法等测量金属（如，来自钨青铜结构金属氧化物的Ba、Bi、Nb以及W）的含量，把构成钨青铜结构的元素（比如，Ba、Bi以及Nb）的测得含量转换成基于氧化物的值，以及确定钨（W）的重量相对于转换出的金属含量的总量的比率。沿着构成晶体的单位晶格的边延伸的三个轴称作a轴、b轴以及c轴。通常，钨青铜结构具有立方单位晶格并且三个轴垂直地彼此相交。每个轴的长度称作“轴长度”。钨青铜结构的c轴长度与a轴长度或b轴长度的约三分之一一样短。在本说明书中，术语“（00l）平面”是指c轴为法线的平面。在本说明书中，“取向”意思是使对象晶面中的全部或一部分朝向特定方向。“取向度”表明使晶面定向的程度。取向度在存在其中对象晶面朝向特定方向的较多部分时增大。术语“c轴取向”意思是使处于c轴方向上的晶面定向，即，使（00l）平面定向。换言之，“c轴取向”和“（00l）平面取向”的意思一样。极轴方向（作为压电材料的钨青铜结构的功能发生轴）是c轴方向。在取得c轴取向时钨青铜结构金属氧化物的压电属性增强。通常，用化学式A4-6B10O30表示钨青铜结构金属氧化物。在化学式中，A表示占据A部位的元素。不区分A1部位（在c轴方向上观看时12配位箱状部位）和A2部位（在c轴方向上观看时15配位五角形部位）。Ba和Bi主要占据存在于氧八面体周围的称为A1部位和A2部位的两个特定位置中的一个。A1部位和A2部位的数量总和的最大值是6。在以上化学式中，B表示占据B部位的元素。五价元素主要占据B部位。在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.10 JP 2010-133291;2011.05.24 JP 2011-115831.一种压电材料，包括：
钨青铜结构金属氧化物，包括金属元素钡、铋和铌；以及
钨，
其中，
金属元素以摩尔计量满足以下条件：
当Ba/Nb＝a时，0.30≤a≤0.40，以及
当Bi/Nb＝b时，0.012≤b≤0.084；
以金属计量的钨含量相对于钨青铜结构金属氧化物的100重量份
是0.40至3.00重量份；以及
钨青铜结构金属氧化物具有c轴取向。
2.根据权利要求1所述的压电材料，其中，压电材料具有大于等
于0.56且小于等于1.00的Lotgering因子F，其中，Lotgering因子F
表示通过X光衍射分析确定的c轴取向度。
3.根据权利要求1或2所述的压电材料，其中，钨青铜结构金属
氧化物包括金属元素钡、铋，铌和钠，以及
金属元素以摩尔计量满足以下条件：
当Na/Nb＝c时，0.012≤c≤0.075，以及
当B...
【专利技术属性】
技术研发人员：林润平，松田坚义，渡边隆之，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：
国别省市：
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