Fabrication and Properties of Barium Titanate Single-Crystalline Pillars Using Epitaxial Contact Phenomenon Characteristic of Nanocrystals

• Project/Area Number: 19206070
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: KUWABARA Makoto Kyushu University, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (40039136)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥37,570,000 (Direct Cost: ¥28,900,000、Indirect Cost: ¥8,670,000); Fiscal Year 2008: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2007: ¥30,810,000 (Direct Cost: ¥23,700,000、Indirect Cost: ¥7,110,000)
• Keywords: チタン酸バリウム / ナノ結晶 / エピタキシャル結合 / 強誘電体 / メソクリスタル / ソルボサーマル / ゾル-ゲル / ペロブスカイト化合物 / ゾルーゲル

Research Abstract

本研究は、チタン酸バリウム(BaTiO_3:以下、BTO)ナノ結晶粒子(<10nm)が水熱条件下でエピタキシャル結合(粒子同士が3次元的に結晶方位を揃えて結合する)を起こす現象の確認と、その現象を利用したSrTiO_3(STO)単結晶基板へのBTOナノ結晶エピタキシャル薄膜(及びピラー)の作製を目的としたものである。主要な成果として、(1)水/エタノール系加熱条件下(150℃)でBTOナノ結晶を合成すると数100個のBTO結晶(20-50nm)がエピタキシャル結合した凝集体が得られること、(2)電気泳動堆積(EPD)法によりSTO基板上に作製したBTOナノ結晶粒子薄膜を大気中600℃以上で熱処理するとBTOナノ結晶エピタキシャル薄膜が得られること、及び(3)EPD法で作製した5-10nm-BTOナノ結晶薄膜のKOH熱水処理(150℃)によるエピタキシャル薄膜化(単結晶化)の可能性を示す結果が得られた。これらの結果より、BTO結晶のエピタキシャル結合現象を用いた単結晶ピラーの合成が可能であることを確認することができた。

Research Products

• [Journal Article] Preparation of barium titanate nanoparticle thin films by the electrophoretic deposition method using polyacrylic acid as a charge-compensating agent (2010)
  • Author(s): M. Arimura, T. Makino, K. Fujiyoshi, M. Kuwabara
  • Journal Title: Key Eng.Mater.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-Dimensional TEM Tomography Analysis of Epitaxially Assembled Perovskite Oxide Nanocrystalline Particles (2009)
  • Author(s): N. Iwaji, H. Takebe, M. Kuwabara
  • Journal Title: Key Eng.Mater. 388 Pages: 127-130
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-Dimensional TEM Tomography Analysis of Epitaxially Assembled Perovskite Oxide Nanocrystalline Particles (2009)
  • Author(s): N. Iwaji, H. Takebe, M. Kuwabara
  • Journal Title: Key Eng. Mater. 388 Pages: 127-130
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrophoretic deposition of BaTiO_3 films on a Si substrate coated with conducting polyaniline layers (2008)
  • Author(s): J. Q. Wang, M. Kuwabara
  • Journal Title: J.Eur.Ceram.Soc. 28 Pages: 101-108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Moldless micropatterning of BaTiO_3 nanoparticles via electrophoretic deposition : A simple and feasible method (2008)
  • Author(s): J. Q. Wang, M. Kuwabara
  • Journal Title: J.Electroceram. (pub. online)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication and analysis of nanocrystalline BaTiO_3 thin films on (001) SrTiO_3 : Nb substrates by electrophoretic deposition (EPD) (2008)
  • Author(s): E. Hayashi, Y. Moriura, M. Kuwabara
  • Journal Title: Proc. 25^<th> Korea-Japan Int. Seminar on Ceram., Kangrung, Korea Nov. 19-20 Pages: 333-336
• [Journal Article] Electrophoretic deposition of BaTiO_3 films on a Si substrate coated with conducting polyaniline layers (2008)
  • Author(s): J. Q. Wang, M. Kuwabara
  • Journal Title: J. Eur. Ceram. Soc. 28 Pages: 101-108
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Moldless micropatterning of BaTiO_3 nanoparticles via electrophoretic deposition : A simple and feasible method (2008)
  • Author(s): J. Q. Wang, M. Kuwabara
  • Journal Title: J. Electroceram. Online. pub. Pages: 6-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-Dimensional TEM Tomography Analysis of Epitaxially Assembled Perovskite Oxide Nanocrystalline Particles (2008)
  • Author(s): N.Iwaji, H.Takebe, M.Kuwabara
  • Journal Title: Key Engineering Materials 11(In print)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epitaxial Assembly Involved in Growth of BaTiO_3 Nanocrystals under Hydrothermal Condition (2007)
  • Author(s): N. Iwaji, R. Tanaka, M. Kuwabara
  • Journal Title: Jpn.J. Appl.Phys. 46 [17]
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sedimentation of barium nanoparticles in a suspension under application of an electric field (2007)
  • Author(s): M. Arimura, T. Makino, K. Fujiyoshi, Y. Yamashita, M. Kuwよabara
  • Journal Title: Key Eng.Mater. 350 Pages: 11-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystallinity of barium titanate nanoparticles synthesized by sol-gel method (2007)
  • Author(s): T. Makino, M. Arimura, K. Fujiyoshi, Y. Yamashita, M. Kuwabara
  • Journal Title: Key Eng.Mater. 350 Pages: 31-34
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The State and Optical Properties of Crystalline BaTiO_3 Nnoparticles Dispersed in Various Suspension Media (2007)
  • Author(s): M. Koyama, S. Murakami, N. Iwaji, H. Takebe, M. Kuwabara
  • Journal Title: Key Eng.Mater. 350 Pages: 51-54
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epitaxial Assembly Involved in Growth of BaTiO-3 Nanocrystals under Hydrothermal Condition (2007)
  • Author(s): N.Iwaji, R.Tanaka, M.Kuwabara
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 46
  • NAID: 210000063944
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of Barium Titanate Nanoparticle Thin Films by the Electrophoretic Deposition Method Using Polyacrylic Acid as a Charge-compensating Agent
  • Author(s): M. Arimura, T. Makino, K. Fujiyoshi, M. Kuwabara
  • Journal Title: Key Eng. Mater. (in press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] セラミック巨大電子物性-粒界からナノクリスタルヘ- (2009)
  • Author(s): 桑原 誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会 2009年年会
  • Place of Presentation: 東京理科大学(野田)
  • Year and Date: 2009-03-16
• [Presentation] 液相海面で合成したナノ構造チタン酸バリウム自立膜の誘電特性 (2009)
  • Author(s): 下岡弘和, 田中暁士, 岩野紘美, 松野祥枝, 古曳重美, 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会2009年年会
  • Place of Presentation: 東京理科大学(野田)
  • Year and Date: 2009-03-16
• [Presentation] EPD法を用いたBaTiO_3ナノ結晶薄膜の作製と誘電特性 (2009)
  • Author(s): 森浦祐太, 羽田肇, 大橋直樹, 桑原誠
  • Organizer: 第47回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2009-01-09
• [Presentation] セラミックス巨大電子物性-粒界からナノクリスタルへ- (2009)
  • Author(s): 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会年会
  • Place of Presentation: 野田
• [Presentation] Fabrication and Analysis of Nanocrystalline BaTiO_3 Thin Films on (001) vSrTiO_3 : Nb Substrates by Electrophoretic Deposition (EPD) (2008)
  • Author(s): E. Hayashi, Y. Moriura, M. Kuwabara
  • Organizer: 25^<th> International Korea-Japan Seminar on Ceramics
  • Place of Presentation: Kangnung, Korea
  • Year and Date: 2008-11-20
• [Presentation] Synthesis of Y_2O_3 : Eu Phosphor Nanoparticles by a W/O Emulsion Method (2008)
  • Author(s): S. Harada, H. Sano, M. Shimizu, M. Kuwabara
  • Organizer: 25^<th> International Korea-Japan Seminar on Ceramics
  • Place of Presentation: Kangnung, Korea
  • Year and Date: 2008-11-20
• [Presentation] Preparation of Barium Titanate Nanoparticle Thin Films by the Electrophoretic Deposition Method Using Polyacrylic Acid as a Charge-compensating Agent (2008)
  • Author(s): M. Arimura, T. Makino, K. Fujiyoshi, M. Kuwabara
  • Organizer: 6^<th> Asian Meeting on Electroceramics
  • Place of Presentation: Tsukuba Center for Institute
  • Year and Date: 2008-10-22
• [Presentation] Synthesis of Nanosphere Phosphor Particles Using an Ion-exchange-polymer/Water/Oil Emulsion Method (2008)
  • Author(s): H. Sano, S. Harada, M. Shimizu, M. Kuwabara
  • Organizer: 6^<th> Asian Meeting on Electroceramics
  • Place of Presentation: Tsukuba Center for Institute
  • Year and Date: 2008-10-22
• [Presentation] 薄膜の成膜性に及ぼすチタン酸バリウムナノ粒子分散状態の影響 (2008)
  • Author(s): 牧野晃久, 有村雅司, 藤吉国孝, 桑原 誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第21回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2008-09-19
• [Presentation] ペロブスカイトナノ結晶におけるエピタキシャル凝集とその機構 (2008)
  • Author(s): 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第21回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2008-09-17
• [Presentation] 電気泳動電着法を用いたチタン酸バリウムナノ粒子誘電体薄膜の作製 (2008)
  • Author(s): 有村雅司, 牧野晃久, 藤吉国孝, 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第21回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2008-09-17
• [Presentation] カルボキシメチルセルロースを用いたW/Oエマルジョン法によるナノ蛍光体粒子の合成 : Y_2O_3 : Eu (2008)
  • Author(s): 原田征一郎, 佐野裕之, 清水幹雄, 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第21回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2008-09-17
• [Presentation] 電気泳動電着法による(001)SrTiO_3 : Nb基板上へのBaTiO_3ナノ結晶薄膜の作製と評価 (2008)
  • Author(s): 林英里奈, 森浦祐太, 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第21回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2008-09-17
• [Presentation] YSZボールにコートしたY_2O_3 : Eu蛍光体の作製と蛍光特製 (2008)
  • Author(s): 清水幹雄, 佐野裕之, 原田征一郎, 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会 第21回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2008-09-17
• [Presentation] ペロブスカイト結晶におけるエピタキシャル凝集とその機構 (2008)
  • Author(s): 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会、秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州
• [Presentation] 電気泳動電着法を用いたチタン酸バリウムナノ粒子誘電体薄膜の作製日本セラミックス協会 (2008)
  • Author(s): 有村雅司, 牧野晃久, 藤吉国孝, 桑原誠
  • Organizer: 秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州
• [Presentation] 電気泳動電着法による (001) SrTiO_3 : Nb基板上へのBaTiO_3ナノ結晶薄膜の作製と評価 (2008)
  • Author(s): 林英里奈, 森浦祐太, 桑原誠
  • Organizer: 秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 北九州
• [Presentation] Synthesis of Nanosphere Phosphor Particles Using an Ion-exchange-polymer/Water/Oil Emulsion Method (2008)
  • Author(s): H. Sano, S. Harada, M. Shimizu, M. Kuwabara
  • Organizer: AMEC-6, Tsukuba
• [Presentation] Fabrication and analysis of nanocrystalline BaTiO_3 thin films on (001)SrTiO_3 : Nb substrates by electrophoretic deposition (EPD) (2008)
  • Author(s): E. Hayashi, Y. Moriura, M. Kuwabara
  • Organizer: 25^<th> Int. Korea-Japan Seminar on Ceram
• [Presentation] (2008)
  • Author(s): 森浦祐太, 羽田肇, 大橋直樹, 桑原誠
  • Organizer: 第47回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] TEM Investigation of Epitaxial Assembly in Aggregates of BaTiO_3 and CaTiO_3 Nanocrystalline Particles Synthesized under Hydrothermal Condition (2007)
  • Author(s): N.Iwaji, H.Takebe, M.Kuwabara
  • Organizer: MRS 2007 Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 2007-11-29
• [Presentation] ペロブスカイト酸化物ナノ結晶粒子におけるエピタキシャル結合を伴う結品成長過程 (2007)
  • Author(s): 岩地直樹, 武部博倫, 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会、第20回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] ナノクリスタルセラミックスプロセスによるスーパーセラミックスの創製 (2007)
  • Author(s): 桑原誠
  • Organizer: 日本セラミックス協会、第20回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] A Novel and Feasible Method for Micropatterning of BaTiO_3 Nanoparticles via Electrophoretic Deposition Technique (2007)
  • Author(s): J. Wang, M. Kuwabara
  • Organizer: 第20回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] Epitaxial Assembly Involved in Growth of BaTiO_3 and CaTiO_3 Nanocrystals under Hydrothermal Condition (2007)
  • Author(s): M. Kuwabara, N. Iwaji
  • Organizer: MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston
• [Presentation] TEM Investigation of Epitaxial Assembly in Aggregates of BaTiO_3 and CaTiO_3 Nanocrystalline Particles Synthesized under Hydrothermal Conditions (2007)
  • Author(s): N. Iwaji, H. Takebe, M. Kuwabara
  • Organizer: MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston
• [Presentation] Three-Dimensional TEM Tomography Analysis of Epitaxially Assembled Perovskite Oxide Nanocrystalline Particles (2007)
  • Author(s): N. Iwaji, H. Takebe, M. Kuwabara
  • Organizer: 第27回エレクトロセラミックス討論会
  • Place of Presentation: 東京
• [Patent(Industrial Property Rights)] ペロブスカイト酸化物薄膜の製造方法及びペロブスカイト酸化物薄膜 (2008)
  • Inventor(s): 桑原誠, 吉野隆史, 林英里奈
  • Industrial Property Rights Holder: 九州大学、日本ガイシ (株)
  • Industrial Property Number: 2008-235302
  • Filing Date: 2008-09-12