釩酸鉛擁有與鈦酸鉛相似的晶體結構，但結構變形嚴重，縱橫比（c/a比）爲1.23，其電極化達到101μC/cm2，因此預計釩酸鉛的性能要高於鈦酸鉛。不過，由於結構變形過於嚴重，很難發生結構變化，此前一直未在釩酸鉛中發現電極化隨着電場反轉的特性，即鐵電性，也未發現隨着升溫向順電相轉移的負熱膨脹特性。
圖1：PbVO3的晶體結構。陽離子Pb2+和V4+與陰離子O2-的重心不一致，因此具有電極化。
日本的東北大學、東京工業大學及神奈川縣立產業技術綜合研究所組成的研發小組，利用鉻（Cr）置換了釩酸鉛（PbVO3）的一部分，成功控制了電極化。
研發小組在大型同步輻射設施SPring-8中利用光束線BL02B2進行同步輻射X線繞射實驗，解析了物質的精密結構，應答電極化可以控制在53μC/cm2，而且能透過應力改變結構變形的方向，併產生鐵彈性，同時還伴隨6.6％（超過鈦酸鉛的1％）的體積收縮，產生負熱膨脹（也就是加熱收縮）。
圖2：鐵彈性概念圖。可以透過應力改變極化方向。
圖3：PbV0.85Cr0.15O3的單位晶格體積的溫度變化。在450K至600K之間發生6.6％的收縮。
此次的成果有助於開發新的功能性材料，相關論文已於1月17日發表在美國化學學會期刊《材料化學》（Chemistry of Materials）的網路版上。
用語解說
1 電極化：物質中的陽離子與陰離子的重心偏移而產生的電荷偏差。是衡量電容蓄電能力的指標。
2 鐵彈性：晶體的極化方向隨着裝載應力而變化的性質。
3 負熱膨脹：正常情況下，物質遇熱後體積和長度會增加，稱爲正熱膨脹。但部分物質具有遇熱後具有收縮的負熱膨脹性質，這對開發零熱膨脹材料非常重要。
文 JST客觀日本編輯部
