32個の結晶点群のうち、21個は非中心対称(対称の中心を持たない)であり、そのうち20個は、直の圧電効果を示す(21番目は立方晶種432である)。このうちの10個は単位セルに両極を持ち、極性があり(例えば、自発的に分極する)、圧電効果を示す。もしこの双極子に逆に電場をかけたならば、この物質は強誘電体と呼ばれる。 天然・人工ともに多くの材料は、圧電効果を示す。以下に主なものを列挙する。 圧電効果は、生物学上の力センサーの役割りをしていると考えられている[3][4]。 ペロフスカイト(ペロブスカイトとも呼ばれている。perovskite チタン酸カルシウム:CaTiO3)やタングステン-青銅構造を持つセラミックスの一群は、圧電効果を示す。 近年、RoHS指令によって鉛を含んでいる物質の毒性に関して関心が高まっている。この問題に取り組むため、無鉛の圧電材料が再開発された。 現在のところ、これらの物質の環境に対する影響や安定供給も確認されていない。 この圧電効果は、正圧電効果の有る物質(応力を加えた時、電気を生ずる)はまた、逆圧電効果(電場が有れば、縮んだり、伸びたりする。この場合電場のかけ方により、一方向のみ、または双方向の場合がある)が有るであろうと可逆的に考えられている。
圧電結晶体の種類:1, 2, m, 222, mm2, 4, -4, 422, 4mm, -42m, 3, 32, 3m, 6, -6, 622, 6mm, -62m, 23, -43m
焦電体:1, 2, m, mm2, 4, 4mm, 3, 3m, 6, 6mm
主な圧電体材料
天然結晶
ベルリナイト(燐酸アルミニウム:AlPO4) … 希少なリン酸塩鉱物で、構造的には石英に等しい。
蔗糖
石英(水晶)(SiO2)
ロッシェル塩(酒石酸カリウム-ナトリウム)(KNaC4H4O6)
トパーズ(黄玉、ケイ酸塩)(Al2SiO4(F,OH)2)
電気石(トルマリン)グループ鉱物
その他の天然物
骨 … 乾燥した骨は、いくらかのピエゾ電気特性を示す。深田栄一による研究は、アパタイト結晶(中心対称であり、非圧電性となる)が要因ではなく、コラーゲンにより圧電特性があることを示した[2]。
腱
絹
木材
エナメル
象牙質
DNA
人工結晶
オルト(正)燐酸ガリウム(GaPO4) … 石英類似結晶
ランガサイト(La3Ga5SiO14) … 石英類似結晶
人工セラミックス
チタン酸バリウム(BaTiO3) … チタン酸バリウムは、最初に発見された圧電セラミックスである。
チタン酸鉛(PbTiO3)
チタン酸ジルコン酸鉛(ジルコニウム酸-チタン酸鉛)(Pb[ZrxTi1-x]O3 0<x<1 混晶) … 一般的には、PZTとして知られている。PZTは今日使われている最も一般的な圧電セラミックスである。
ニオブ酸カリウム(KNbO3)
ニオブ酸リチウム(LiNbO3)
タンタル酸リチウム(LiTaO3)
タングステン酸ナトリウム(NaXWO3)
酸化亜鉛(ZnO、Zn2O3)
Ba2NaNb5O5
Pb2KNb5O15
リチウムテトラボレート(Li2B4O7)
鉛フリー圧電セラミックス
ニオブ酸ナトリウムカリウム((K,Na)NbO3) … 2004年に、齋藤康善が率いる豊田中央研究所の研究グループによって、高い T C {\displaystyle T_{C}} を有するPZTに近い特性を備えたニオブ酸ナトリウムカリウムが発見された[5]。
ビスマスフェライト(BiFeO3)は鉛フリーセラミックスの置き換えの有望な候補である。
ニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)
チタン酸ビスマス(Bi4Ti3O12)
チタン酸ビスマスナトリウム(Na0.5Bi0.5TiO3)
ポリマー
ポリフッ化ビニリデン(1,1-2フッ化エタン重合体、PVDF) … PVDFは、石英より数段高い圧電性を示す。材料の結晶構造が圧電効果を生み出すセラミックスとは違い、ポリマー内では、電界があると相互に曲がりくねった長鎖分子がくっ付いたり、引き離れたりする。
その他の人工物
窒化アルミニウム(AlN)
リン酸ガリウム(GaPO4)
ガリウム砒素(GaAs)
応用分野
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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
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