[发明专利]钙钛矿型氧化物及其制备方法、压电体、压电装置和液体排出装置

说明书

技术领域

本发明涉及钙钛矿型氧化物、用于制备该钙钛矿型氧化物的方法，含有该钙钛矿型氧化物的铁电性复合物、压电体、使用该压电体的压电装置和使用该压电体的液体排出装置。

背景技术

目前，例如采用由压电体和电极构成的压电装置作为安装在喷墨记录头上的致动器。在该压电装置中，根据由电极以预定方向施加给压电体的电场强度的增加和减小，该压电体膨胀和收缩。例如，钙钛矿型氧化物如PZT(锆酸钛酸铅)是已知的适用于压电体的材料。这样的材料是即使在没有施加电场时也表现出自发极化的铁电性材料。据报导，该压电材料在变晶影响相界(morphotropic phase boundary，MPB)及其附近表现出高的压电性能。

PZT是PbTiO₃(PT)和PbZrO₃(PZ)的固溶体。图14是PZT相对于温度和钛在PZT中的摩尔分数(即，PbTiO₃的摩尔分数)的相图。图14的相图引用自如下的文献中：“Landolt-Bornstein：Numerical Data and FunctionalRelationships in Science and Technology，New Series，”Group III：Crystal andSolid State Physics，16卷，由K.H.Hellwege和A.M.Hellwege编辑，Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York(1981)426页&图728。在图14中，FT表示正方晶相，而FR表示菱形晶相。

当Ti组成高时，PZT趋向于形成正方晶体，而当Zr组成高时，趋向于形成菱形晶体。当Ti和Zr的摩尔组成接近相等时，获得MPB组成。例如，优选锆与钛的摩尔比为52/48，该摩尔比接近于MPB组成。关于压电陶瓷材料的教科书教导，在MPB及MPB附近，晶体结构变得不稳定并且压电性能变得最高。通常地，据报导PZT在MPB及MPB附近形成假立方晶体。然而，PZT的纳米结构的细节并不知道。

在上述情况下，日本未审查专利公布2006-036578报导，PZT-基陶瓷材料比如Pb(Ti，Zr，Nb)O₃的烧结体在MPB及MPB附近形成了正方晶体和菱形晶体的两相混合晶体(参见，例如，日本未审查专利公布2006-036578中的权利要求9)。此外，日本未审查专利公布2006-036578公开了能够基于压电系数与正方和菱形晶相的相分数之间的关系理想地设计组成(参见，例如，日本未审查专利公布2006-036578中的表1、图4和0027段)。

此外，如下文献也报导了PZT膜在MPB及MPB附近由正方晶体和菱形晶体的两相混合晶体形成：S.Yokoyama等的“CompositionalDependence of Electrical Properties of Highly(100)-/(001)-Oriented Pb(Zr，Ti)O₃ Thick Films Prepared on Si Substrates by Metalorganic Chemical VaporDeposition”，Japanese Journal of Applied Physics，42卷，5922-5926页，2003(参见，例如，Yokoyama参考文件中的图2(b))。

然而，在第一类的常规压电装置中，通常通过沿自发极化的方向将电场施加给铁电体，以利用铁电体在自发极化方向上的膨胀的压电作用。即，常规上已经认为将压电材料设计成沿自发极化方向上施加电场是重要的。然而，只利用在自发极化方向上的膨胀的压电作用的情况下，位移(displacement)的量受到限制，但是当前需要更大的位移。

日本专利3568107提出了第二类的常规压电装置，其中电场的应用诱导了在压电体内的相变。日本专利3568107公开了一种由相变膜、电极和加热体构成的压电装置，在该装置中，加热体将相变膜的温度调节导接近居里点Tc的程度(参见，日本专利3568107中的权利要求1)。日本专利3568107提到使用一种在正方晶相和菱形晶相之间或在立方晶相和正方或菱形晶相之间发生转变的膜作为相变膜(参见，日本专利3568107中的权利要求2)。此外，日本专利3568107报导，在该日本专利3568107中所公开的第二类常规的压电装置可以比第一类的常规压电装置获得更大的位移，原因是该铁电性材料的压电作用以及与相变相关的晶体结构的变化都有助于该位移。