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産総研、鉛を使わない圧電セラミックス開発 性能は同程度

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産総研、鉛を使わない圧電セラミックス開発 性能は同程度

産業技術総合研究所は、人体や環境に有害な鉛を含まない高性能な圧電セラミックス「鉛フリー圧電セラミックス」を開発した。

電子情報技術産業協会(JEITA)の規格に従い、この鉛フリー圧電セラミックスの圧電特性を評価したところ、従来の鉛系圧電材料に匹敵する高性能を示した。また、圧電特性の評価結果に基づき設計・試作したアコースティック・エミッション(AE)センサーや超音波距離センサーは、鉛系圧電材料を用いたセンサーと同程度の性能を示し、鉛を含まない圧電センサーの実用化への可能性が示された。

今後、開発した鉛フリー圧電セラミックスの電子デバイスへの組み込みの実用化を推進していくとともに、セラミック材料のさらなる改善やアクチュエーターの試作を行う予定。また、鉛フリー圧電セラミックスを組み込んだ電子デバイスの実用化に向けた共同研究先を模索していく。

なお、同技術の詳細は、1月29~31日に東京ビッグサイトで開催される「第13回国際ナノテクノロジー総合展・技術会議(nano tech 2014)」で発表される。

圧電材料は、機械的エネルギーと電気的エネルギーを相互変換できるユニークな材料で、センサーやアクチュエーターとして用いられる。用途は、半導体露光装置の極微動用ステージ、走査型プローブ顕微鏡の微動機構など最先端の電子デバイスから、インクジェットプリンターのヘッド、デジタルカメラの手ぶれ補正素子など汎用の電子デバイスまで広範で、我々の社会生活に欠かせない。しかし、電子デバイスに組み込まれた圧電材料は主成分として鉛を含んだ圧電セラミックス材料Pb(Zr,Ti)O3(PZT)で、廃棄時における人体や環境に対する負荷が大きい。

近年の環境問題への意識の高まりから、鉛やカドミウムなどの有害金属を含まない材料への関心が急速に高まっている。ヨーロッパでは、廃棄される電気・電子機器の環境負荷を軽減するため、RoHS指令やELV指令が制定され、鉛、水銀、カドミウムなどの使用が原則禁止となった。PZTは鉛を含むためにRoHS指令の規制対象だが、代替できる特性を持つ圧電材料がないために、同指令の適用除外となっている。このため鉛系圧電セラミックス材料に代わる高性能な鉛フリー圧電セラミックス材料の開発が世界的な課題となっている。

【参考】
産業技術総合研究所 - 高性能な鉛フリー圧電セラミックスを開発

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