钒酸铅拥有与钛酸铅相似的晶体结构，但结构变形严重，纵横比（c/a比）为1.23，其电极化强度达到101μC/cm2，因此预计钒酸铅的性能要高于钛酸铅。不过，由于结构变形过于严重，很难发生结构变化，此前一直未在钒酸铅中发现电极化随着电场反转的特性，即铁电性，也未发现随着升温向顺电相转移的负热膨胀特性。
图1：PbVO3的晶体结构。阳离子Pb2+和V4+与阴离子O2-的重心不一致，因此具有电极化。
日本的东北大学、东京工业大学及神奈川县立产业技术综合研究所组成的研发小组，利用铬（Cr）置换了钒酸铅（PbVO3）的一部分，成功控制了电极化强度。
研发小组在大型同步辐射设施SPring-8中利用光束线BL02B2进行同步辐射X线衍射实验，解析了物质的精密结构，确认电极化强度可以控制在53μC/cm2，而且能通过应力改变结构变形的方向，并产生铁弹性，同时还伴随6.6％（超过钛酸铅的1％）的体积收缩，产生负热膨胀（也就是加热收缩）。
图2：铁弹性概念图。可以通过应力改变极化方向。
图3：PbV0.85Cr0.15O3的单位晶格体积的温度变化。在450K至600K之间发生6.6％的收缩。
此次的成果有助于开发新的功能性材料，相关论文已于1月17日发表在美国化学学会期刊《材料化学》（Chemistry of Materials）的网络版上。
用语解说
1 电极化：物质中的阳离子与阴离子的重心偏移而产生的电荷偏差。是衡量电容器蓄电能力的指标。
2 铁弹性：晶体的极化方向随着加载应力而变化的性质。
3 负热膨胀：正常情况下，物质遇热后体积和长度会增加，称为正热膨胀。但部分物质具有遇热后具有收缩的负热膨胀性质，这对开发零热膨胀材料非常重要。
文 JST客观日本编辑部
