高強度レーザー誘起プラズマCVD法によるセラミックス膜の超高速合成とナノ構造制御

• Project/Area Number: 17686055
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 木村 禎一 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (10333882)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2006: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2005: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: レーザーCVD / ナノコンポジット / ナノ構造制御 / ガス浄化触媒 / 熱的安定性 / 羽毛状組織 / 結晶成長 / 超高速合成 / レーザー化学気相析出法 / ジルコニア / ロジウム / 貴金属触媒 / 複雑形状基材 / 微細構造制御

Research Abstract

レーザー化学気相析出(LCVD)法により、ロジウム(Rh)ナノ粒子を羽毛状組織を有するジルコニア(ZrO_2)から構成されるナノコンポジットを合成した。
羽毛状ジルコニアは、原料ガス濃度が高く、成膜速度が毎時120ミクロンを超える高速成膜条件下で生成することがわかった。羽毛状組織の熱的安定性は高く、1200〜1400℃、空気中での熱処理によっても変化が見られなかった。EB-PVDなどによる羽毛状組織は、短時間の高温熱処理で容易に消失するが、レーザーCVDで合成した羽毛状ジルコニアは結晶性が高く、このような優れた高温安定性が得られたものと考えられる。
また、ロジウムを含む有機金属原料ガスを、ジルコニウム原料ガスと同時に供給することによって、ジルコニア-ロジウムナノコンポジットが生成し、羽毛状ジルコニアが生成する成膜条件では、コンポジット膜も羽毛状組織になった。しかし、ロジウム原料の濃度が、ジルコニウム原料の10mol%程度になると、羽毛状組織は明瞭でなくなり、高密度のロジウム粒子の析出によって、羽毛状組織の生成が妨げられることがわかった。
コンポジット膜中のロジウム粒子の大きさは、ロジウムの原料ガス濃度によって変化し、原料ガス濃度が高いほど、大きなロジウム粒子が生成した。さらに、ジルコニア-ロジウムナノコンポジット膜の高温安定性を調べ、500℃以下の温度では、ロジウム粒子の粒成長はほとんど見られなかった。このような優れた熱的安定性は、他のナノ粒子触媒と比較してすぐれており、触媒、特にガス浄化触媒としての応用が期待される。

Research Products

• [Journal Article] High-speed deposition of yttria-stabilized zirconia and titania films by laser chemical vapor deposition (2006)
  • Author(s): Teiichi Kimura
  • Journal Title: J. Ceram. Soc. Jpn. 114 Pages: 161-166
• [Journal Article] High Speed Deposition of YSZ Films by Laser Chemical Vapor Deposition (2006)
  • Author(s): Teiichi Kimura, Takashi Goto
  • Journal Title: Ceramic Transactions 195 Pages: 3-12
• [Journal Article] レーザーCVDによる構造傾斜イットリア膜のナノ構造 (2006)
  • Author(s): 木村禎一, 後藤 孝
  • Journal Title: 2005年度傾斜機能材料論文集 <FGM2005> Pages: 72-77
• [Journal Article] Laser chemical vapor deposition of thick oxide coatings (2006)
  • Author(s): T.Goto, T.Kimura
  • Journal Title: Key Engineering Materials 317-318 Pages: 495-500
• [Journal Article] レーザーCVDによるRhナノ粒子分散ZrO_2膜の合成 (2006)
  • Author(s): 木村禎一, 本田暁拡, 後藤 孝
  • Journal Title: 2006年度傾斜機能材料論文集<FGM2006> Pages: 53-58
• [Journal Article] High-speed oxide coating by laser chemical vapor deposition and their nano-structure (2006)
  • Author(s): Takashi Goto, Teiichi Kimura
  • Journal Title: Thin Solid Films 515 Pages: 46-52
• [Journal Article] High-speed deposition of yttria-stabilized zirconia and titania films by laser chemical vapor deposition (2006)
  • Author(s): Teiichi Kimura
  • Journal Title: J.Ceram.Soc.Jpn. 114・2 Pages: 161-166
• [Journal Article] レーザーCVDによる高速コーティング (2005)
  • Author(s): 木村禎一, 後藤孝
  • Journal Title: 金属 75・3 Pages: 240-246