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固相反応を促進させる水蒸気触媒作用の解明

Research Project

Project/Area Number 11J10693
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic industrial materials
Research InstitutionUniversity of Tsukuba (2012)
Kochi University (2011)

Principal Investigator

小澤 隆弘  筑波大学, 数理物質系, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords固相反応 / 水蒸気 / 機能性複酸化物 / 焼結 / 結晶化 / 促進固相反応
Research Abstract

セラミックス粉末の合成法としては、一般的に高温・長時間の焼成を必要とする固相反応法が広く用いられ、多くは大気圧下の空気中でおこなわれている。しかしながら、反応場に水蒸気を導入することによって固相反応が促進され、目的物が低温・短時間で得られることをこれまでに明らかにしており、本研究ではその水蒸気作用の解明を目的とする。昨年度はチタン酸バリウム(BaTiO_3)の固相合成および酸化物の焼結におよぼす水蒸気作用を明らかにし、多くの複酸化物合成に水蒸気固相反応法が適用可能であることを示した。本年度はこれまでに得られた知見を活かし、水蒸気固相反応場の適用範囲を拡充させることを目指した。
まず、CaCO_3と非晶質SiO_2との固相反応によるケイ酸カルシウム(CaSiO_3)の生成が、反応場に導入する水蒸気量の増加とともに促進されることを明らかにした。水蒸気中ではCaCO_3の熱分解が促進され、CaSiO_3の中間相として生成するCa_2SiO_4の生成が加速された。Ca_2SiO_4からCaSiO_3への結晶化にはSi-0-Si結合の縮合が生じるが、水蒸気はこの縮合反応に対して影響をおよぼすことが示唆された。
次いで、ジルコン酸バリウム(BaZrO_3)の固相合成における水蒸気作用を検討した。原料として使用した非晶質ZrO_2の単斜晶ZrO_2への結晶化が水蒸気によって促進された。さらに、単斜晶ZrO_2ナノ粒子(約70nm)と比較的粗粒なBaCO_3(約1μm)粉末との固相反応を高温XRDおよび熱分析によって解析し、BaZrO_3が700℃と950℃の2段階(大部分が950℃)で生成することを確認した。一方、水蒸気中での焼成ではBaZrO_3の生成が大きく促進され、900℃、2時間での生成率は90%以上であった。また、得られたBaZrO_3粉末は原料ZrO_2粉末の粒子径と同程度であったことから、粗粒な炭酸塩粉末と微細な酸化物粉末との固相反応による機能性複酸化物ナノ粒子の合成が水蒸気雰囲気下では低温・短時間で達成できることが示された。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (9 results)

  • [Journal Article] Preparation of &beta;-CaSiO<sub>3</sub> powder by water vapor-assisted solid-state reaction2013

    • Author(s)
      T. Kozawa, K. Yanagisawa, A.Yoshida, A. Onda, Y. Suzuki
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 121 Issue: 1409 Pages: 103-105

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.103

    • NAID

      130004950769

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Water vapor-assisted solid-state reaction for the synthesis of nanocrystalline BaZrO<sub>3</sub> powder2013

    • Author(s)
      T. Kozawa, K. Yanagisawa, Y.Suzuki
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 121 Issue: 1411 Pages: 308-312

    • DOI

      10.2109/jcersj2.121.308

    • NAID

      130004950830

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Preparation of Porous BaZrCh Ceramics by Reactive Sintering2012

    • Author(s)
      Takahiro Kozawa
    • Organizer
      International Workshop on Science and Patents 2012(IWP2012)
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2012-10-23
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 固相反応によるチタン酸バリウムの生成を促進させる水蒸気作用の解明2012

    • Author(s)
      小澤隆弘, 恩田歩武, 柳澤和道
    • Organizer
      第50回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      国際ファッションセンター(東京)
    • Year and Date
      2012-01-12
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Uniformly Porous Ceramics with Narrow Pore・Size Distribution: In Situ Processing, Microstructure and Thermal Expansion Behavior2012

    • Author(s)
      Takahiro Kozawa
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Ceramic ・Materials for Energy and Environmental Technologies
    • Place of Presentation
      中国,上海(CMEET・2012)(招待講演)
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 水蒸気雰囲気下での促進固相反応によるジルコン酸バリウムの合成2012

    • Author(s)
      小澤隆弘
    • Organizer
      日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] In Situ Synthesis and Microstructure of Porous BaZrO3 Ceramics lf2012

    • Author(s)
      Takahiro Kozawa
    • Organizer
      Cellular Materials (CELLMAT 2012)
    • Place of Presentation
      ドイツ,ドレスデン
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] A Novel Approach to Low Temperature Solid-State Synthesis of Barium Titanate2011

    • Author(s)
      Takahiro Kozawa, Ayumu Onda, Kazumichi Yanagisawa
    • Organizer
      The 3rd Asia-Oceania Conference on Green and Sustainable Chemistry (AOC-3)
    • Place of Presentation
      Melbourne, Australia
    • Year and Date
      2011-12-05
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] A Novel Approach to Low Temperature Solid-Sate Synthesis of Ceramic Powders2011

    • Author(s)
      Takahiro Kozawa, Ayumu Onda, Kazumichi Yanagisawa
    • Organizer
      International Symposium on Green Science 2011
    • Place of Presentation
      高知大学
    • Year and Date
      2011-09-20
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 熱分解による亜鉛水酸化塩化物からの酸化亜鉛への結晶成長2011

    • Author(s)
      小澤隆弘, 恩田歩武, 柳澤和道, 益田泰明, 岸證
    • Organizer
      日本セラミックス協会第24回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2011-09-08
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Low Temperature Solid-State Synthesis of Ceramic Powders Accelerated by Water Vapor2011

    • Author(s)
      Takahiro Kozawa, Ayumu Onda, Kazumichi Yanagisawa
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Functional Materials (ISFM2011)
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県)
    • Year and Date
      2011-08-04
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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