ゾル-ゲル法を用いた透光性リン酸金属塩薄膜の合成とイオン交換特性の研究

• Project/Area Number: 06750865
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 無機工業化学
• Research Institution: Oita University
• Principal Investigator: 水原 由加子 大分大学, 工学部, 助手 (70229714)
• Project Period (FY): 1994
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1994)
• Budget Amount: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1994: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: ゾル-ゲル法 / リン酸金属塩 / 薄膜 / イオン交換 / 金属アルコキシド / NASICON / 光機能材料

Research Abstract

本年度はゾル-ゲル法を用いてNASICON型リン酸金属塩MZr_2(PO_4)_3[M:LiまたはNa]の膜合成を試み、以下の事項を明らかにした。
(1)リン酸金属塩のゾル-ゲル法による合成
1)各種のアルコキシド(ジルコニウムエトキシド及びリチウム(ナトリウム)エトキシド)及び五酸化リンをアルコール中で還流させて、続いて水を加えることにより透明なゲルを得ることに成功した。また透明ゲルを得るための最適条件を明らかにした。
2)ゲルを焼成すると、Li体では500℃、Na体では400℃で目的とするリン酸金属塩の結晶相がXRD上に認められた。これらの温度を蒸発乾固法と比較すると、Li体で100℃高いがNa体で100℃低い。また一般に知られているLi体のβ-硫酸鉄型構造からNASICON型への結晶転移は、蒸発乾固法よりも約300℃低い600〜700℃の間で認められた。これよりゾル-ゲル法ではより低温でNASICON型が得られることがわかった。
3)還流時の溶媒にはエタノールよりもイソプロパノールを用いた方が、より低い焼成温度で目的物が得られた。
(2)リン酸ジルコニウムの薄膜化
ゾル-ゲル法で調製したLiZr_2(PO_4)_3の粉末をグリセリンに分散してアルミナ板上にディップコーティングしたものを焼成すると、600℃以上でLiZr_2(PO_4)_3が結晶性よく生成した。
(3)リン酸ジルコニウムのイオン交換
(2)で合成した薄膜状LiZr_2(PO_4)_3でLiイオンの回収実験を行った。これまでの粉体の場合とほぼ同じ回収率が得られたが、600℃、800℃で焼成した膜ではイオン交換後わずかに膜の剥離が観察された。今後は中間層を置くことを検討していきたい。
以上のように、本年度はゾル-ゲル法によるリン酸金属塩透明ゲルの合成条件を確立した。製膜条件の確立と光機能性の検討は今後の課題である。