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Development of Low-Temperature Synthesis of Metal Nitride Single Crystals and Powders Using Metal Oxides and Solid Nitrogen Sources

Research Project

Project/Area Number 20K21231
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Yamada Takahiro  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (10358260)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords金属窒化物 / 固体窒素源 / 低温合成 / 単結晶 / 粉末
Outline of Research at the Start

本研究は,申請者らが見出したチタン酸化物と窒化ホウ素を原料とした窒化チタン微結晶の低温生成反応を活用・発展させることで,これまで困難であった常圧・低温条件下での『金属窒化物』の単結晶の育成と,形態や粒径の制御された粉末の合成を,安価で取り扱いが容易な金属酸化物と固体窒素源を原料に用いて実現させ,実用応用に適した汎用性の高い金属窒化物の結晶および粉末の新しい低温合成法を確立することを目指す.

Outline of Final Research Achievements

A new low temperature synthesis method of single crystal grains and powders of metal nitrides using metal oxides and solid nitrogen sources has been developed. It was clarified that aggregates of single crystal grains of TiN, VN, NbN, TaN and Cr2N and powder particles were obtained at 900 -1100 °C using oxides of Ti, V, Nb, Ta and Cr as raw materials. This process is a metathesis reaction in a broad sense in which oxygen of metal oxide and nitrogen of BN are exchanged through the formation of sodium borates.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属窒化物の単結晶粒や粉末を,安価で取り扱いが容易な金属酸化物と固体窒素源を原料に用いて常圧・低温条件下で合成する新しいプロセスを開発した.このプロセスの反応メカニズムは,副生成物であるナトリウムホウ酸塩を介した 金属酸化物の酸素とBNの窒素が入れ替わるメタセシス反応であり,今後,金属窒化物の工業的な低温合成プロセスへの応用が期待される.

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Preparation of faceted TaN grains by heating Ta-containing oxides in BN crucible with Na2022

    • Author(s)
      Kuge Naoya、Sekiya Toru、Enoki Masanori、Yamane Hisanori、Yamada Takahiro
    • Journal Title

      Ceramics International

      Volume: 48 Issue: 8 Pages: 10817-10820

    • DOI

      10.1016/j.ceramint.2021.12.297

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] チタン酸化物と固体窒素源を用いた窒化チタンの合成2021

    • Author(s)
      山田 高広, 関谷 暢, 山根 久典
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会2021年度春季大会(第127回講演大会)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 窒化ホウ素を固体窒素源に用いた第5,6族金属窒化物の合成2021

    • Author(s)
      久下 直也, 関谷 暢, 山田 高広, 山根 久典
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会2021年度春季大会(第127回講演大会)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 固体窒素源を用いた窒化チタンの合成2021

    • Author(s)
      山田 高広, 関谷 暢, 山根 久典
    • Organizer
      日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 新物質と新しいプロセスで拓く物質・材料科学 -活性金属を活用した非酸化物系化合物の合成と評価-2021

    • Author(s)
      山田 高広
    • Organizer
      東北大学材料科学ウェビナー2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 活性金属を活用したプロセスと化合物で拓く物質・材料科学2021

    • Author(s)
      山田 高広
    • Organizer
      第21回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 酸化物と窒化ホウ素を用いた窒化タンタル結晶粒の合成2021

    • Author(s)
      久下直也, 関谷 暢, 山田高広, 山根久典
    • Organizer
      日本セラミックス協会2021年年会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 窒化ホウ素を固体窒素源に用いた第5族遷移金属窒化物の合成2020

    • Author(s)
      久下直也, 関谷 暢, 山田高広, 山根久典
    • Organizer
      令和2年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 酸化物と窒化ホウ素を用いた窒化タンタル結晶粒の作製2020

    • Author(s)
      久下 直也, 関谷 暢, 山田 高広, 山根 久典
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会2020年秋季大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] チタン酸化物と窒化ホウ素を用いた窒化チタンの合成2020

    • Author(s)
      山田高広, 関谷 暢, 山根久典
    • Organizer
      粉体粉末冶金協会2020年秋季大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 窒化ホウ素を窒素源とした窒化チタン単結晶粒の合成2020

    • Author(s)
      山田高広, 関谷 暢, 山根久典
    • Organizer
      日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-08-03   Modified: 2023-01-30  

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