格子不整の結晶化学による機能性酸窒化物の創製

• Project Area: Nano Materials Science for Atomic Scale Modification
• Project/Area Number: 22015001
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 吉川 信一 北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (10127219)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2011: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2010: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 酸窒化物 / 誘電性 / 半導体 / 超伝導 / イオン伝導 / 格子不整 / 焼結 / 形態制御 / 金属酸窒化物 / 誘電体 / 超伝導体 / 中性子線回折

Research Abstract

高い機能性をもつ様々な複金属酸窒化物を創製してきた。酸窒化物では、結晶構造に生じる様々な格子不整を利用した新たな機能性や微構造および形態制御が重要である。
(1)ペロブスカイト型SrTaO_2Nにおいては、SrCO_3などの助剤を添加した反応焼結および助剤無添加HIP焼結によって格子欠陥を生じながら緻密化が進行し、相対密度90%以上の焼結体の作成に成功した。アンモニア雰囲気中でアニールすると、10^4を超える大きな比誘電率を示すことが明らかになった。
(2)CoやNiを添加して生成する酸窒化ガリウムナノワイヤでは、HAADF-STM観察によって閃亜鉛鉱型とウルツ鉱型の陰イオンの充填構造が入り乱れて積層した混合層構造をとることが明らかになった。さらにGaNよりも高エネルギーの4.3eVにバンド端吸収を持つことも分かった。
(3)層状酸化物KTiNbO_5を酸処理して得たHTiNbO_5にプロピルアミンをインタカレーションした層間化合物をアンモニア窒化すると、もとの層状化合物の形態を保ったまま積層方向に多くの欠陥をもつ岩塩型結晶構造を持つTc=15Kの超伝導体の得られることが明らかになった。
(4)逆蛍石型Li_3AlN_2を合成する際に原料となるLi_3Nを順次Li_2Oで置換すると、格子定数が順次小さくなりLi^+が欠損して高いリチウムイオン伝導性を示すLi_<3-σ>AlN_<2-δ>O_δが合成できる可能性を見出した。

Research Products

• [Journal Article] Superconductivity in quaternary niobium oxynitrides containing main group elements (M=Mg, Al, Si) (2012)
  • Author(s): Y.Ohashi, S.Kikkawa, I.Felner, M.I.Tsindlekht, D.Venkateshwarlu, V.Ganesan, J.V.Yakhmi
  • Journal Title: Journal of Solid State Chemistry Volume: 188 Pages: 66-71
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2012.01.024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanowire of hexagonal gallium oxynitride: Direct observation of its stacking disorder and its long nanowire growth (2012)
  • Author(s): Y. Masubuchi, R. Yamaoka, T. Tohei, T. Mizoguchi, Y. Ikuhara, S. Kikkawa
  • Journal Title: Journal of The European Ceramic Society Volume: 32(9 SI) Issue: 9 Pages: 1989-1993
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2011.10.038
  • NAID: 120005946650
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sintering and Dielectric Properties of Perovskite SrTaO_2N Ceramics (2012)
  • Author(s): Y.R.Zhang, T.Motohashi, Y.Masubuchi, S.Kikkawa
  • Journal Title: J.Euro.Ceram.Soc. Volume: 32 Issue: 6 Pages: 1269-1274
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2011.12.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Site Occupancies of Nitride and Oxide Ions in Strontium Niobium Oxynitride Perovskites (2011)
  • Author(s): T.Komiyama, Y.Masubuchi, T.Motohashi S.Kikkawa
  • Journal Title: International Journal of Modern Physics : B Volume: 25(31) Issue: 31 Pages: 4167-4170
  • DOI: 10.1142/s0217979211066507
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal grwoth and characterization of gallium oxynitride nanowires grown on seed crystals (2011)
  • Author(s): Y.Masubuchi, R.Yamaoka, T.Motohashi, K.Kirihara, W.Lee, K.Watanabe, T.Sekiguchi, S.Kikkawa
  • Journal Title: Journal of Crystal Growth Volume: 337 Issue: 1 Pages: 87-92
  • DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2011.10.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ammonolysis of HTiNbO5-n-Propylamine Intercalation Compound (2011)
  • Author(s): Y.Masubuchi, C.Yamakami, T.Motohashi, S.Kikkawa
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 40 Issue: 11 Pages: 1238-1239
  • DOI: 10.1246/cl.2011.1238
  • NAID: 10030219906
  • ISSN: 0366-7022, 1348-0715
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of Eu-doped magnetoplumbite-type lanthanum aluminum oxynitride with emission site splitting (2011)
  • Author(s): Y.Masubuchi, T.Hata, T.Motohashi, S.Kikkawa
  • Journal Title: Journal of Solid State Chem. Volume: 184 Issue: 9 Pages: 2533-2537
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2011.07.035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation, crystal structure, and superconductive characteristics of new oxynitrides (Nb_<1-x>M_x) (N_<1-y>O_y) where M=Mg, Si, and x〓y (2011)
  • Author(s): Y.Ohashi, T.Motohashi, Y.Masubuchi, T.Moriga, K.Murai, S.Kikkawa
  • Journal Title: J.Solid State Chem. Volume: 184 Issue: 8 Pages: 2061-2065
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2011.06.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local anionic ordering and anisotropic displacement in dielectric perovskite SrTaO2N (2011)
  • Author(s): Y.Zhang, T.Motohashi, Y.Masubuchi, S.Kikkawa
  • Journal Title: Journal of the Ceramic Society of Japan Volume: 119 Issue: 1391 Pages: 581-586
  • DOI: 10.2109/jcersj2.119.581
  • NAID: 130000784434
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 機能性酸窒化物における構造形成 (2011)
  • Author(s): 吉川信一
  • Journal Title: マテリアルインテグレーション Volume: 24(10) Pages: 37-41
  • NAID: 130006977011
• [Journal Article] Silver delafossite nitride, AgTaN_2? (2011)
  • Author(s): A.Miura, M.Lowe, B.M.Leonard, C.V.Subban, Y.Masubuchi, S.Kikkawa, R.Dronskowski, R.G.Henning, H.D.Abruna, F.J.DiSalvo
  • Journal Title: Journal of Solid State Chemistry Volume: 184 Pages: 7-11
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Microstructure formation during the annealing of iron nitrides (2011)
  • Author(s): R.Saito, Y.Masubuchi, T.Motohashi, S.Kikkawa, M.Sasaki
  • Journal Title: Mater.Res.Bull. Volume: 46 Pages: 547-550
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetite/maghemite mixture prepared in benzyl alcohol for the preparation of α"-Fe_<16>N_2 with α-Fe (2011)
  • Author(s): Y.Masubuchi, S.Yamashita, T.Motohashi, S.Kikkawa, M.Niederberger
  • Journal Title: Journal of the European Ceramic Society Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and photoluminescence of blue-emitting 15R-sialon : Eu^<2+> phosphors (2010)
  • Author(s): X.W.Zhu, Y.Masubuchi, T.Motohashi, S.Kikkawa, T.Takeda
  • Journal Title: J.Alloys & Compd. Volume: 496 Pages: 407-412
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Indium and gallium oxynitrides prepared in the presence of Zn^<2+> by ammonolysis of the oxide precursors obtained via the citrate route (2010)
  • Author(s): A.Miyaake, Y.Masubuchi, T.Takeda, S.Kikkawa
  • Journal Title: Mater.Res.Bull. Volume: 45 Pages: 505-508
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure and superconductive characteristics of Nb_<0.89>Al_<0.11> oxynitrides (2010)
  • Author(s): Y.Ohashi, T.Motohashi, Y.Masubuchi, S.Kikkawa
  • Journal Title: J.Solid State Chem. Volume: 183 Pages: 1710-1714
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis, Structure and Properties of Niobium Aluminum Oxynitride and Tantalum Based Compound Prepared through Citrate Route (2010)
  • Author(s): Y.Masubuchi, S.Yamamoto, T.Takeda, S.Kikkawa
  • Journal Title: Mater.Sci.Forum. Volume: 631-632 Pages: 167-172
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Humidity effects in Fe_<16>N_2 fine powder preparation by low-temperature nitridation (2010)
  • Author(s): K.Yamanaka, Y.Onuma, S.Yamashita, Y.Masubuchi, T.Takeda, S.Kikkawa
  • Journal Title: J.Solid State Chem. Volume: 183 Pages: 2236-2241
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oxynitrides as new functional ceramic materials (2010)
  • Author(s): S.Kikkawa, T.Motohashi, Y.Masubuchi
  • Journal Title: Ceramic Transactions Volume: 216 Pages: 105-111
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 機能性酸窒化物の創製と機能発現機構の解明 (2012)
  • Author(s): 鱒渕友治
  • Organizer: 日本セラミックス協会2012年年会
  • Place of Presentation: 京都大学吉田キャンパス(京都市)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] 機能性酸窒化物の創製と構造 (2012)
  • Author(s): 吉川信一
  • Organizer: 第59回固体イオニクス研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学(札幌市)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-20
• [Presentation] ゲル化窒化法によるGa_<1-x>Al_x(O,N)_yの合成における遷移金属添加効果 (2012)
  • Author(s): 山岡諒平、鱒渕友治、本橋輝樹、吉川信一
  • Organizer: セラミックス基礎科学討論会第50回記念大会
  • Place of Presentation: 国際ファッションセンター(東京都)
  • Year and Date: 2012-01-13
• [Presentation] LiNb_3O_8をアンモニア窒化した酸窒化物の合成、結晶構造と電磁気的性質 (2012)
  • Author(s): 伊藤正彦、本橋輝樹、鱒渕友治、吉川信一
  • Organizer: セラミックス基礎科学討論会第50回記念大会
  • Place of Presentation: 国際ファッションセンター(東京都)
  • Year and Date: 2012-01-12
• [Presentation] LI-Nb系酸窒化物の化学組成、結晶構造および電磁気特性 (2011)
  • Author(s): 伊藤正彦、本橋輝樹、鱒渕友治、吉川信一
  • Organizer: 平成23年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 日本大学工学部(福島県郡山市)
  • Year and Date: 2011-10-27
• [Presentation] 酸窒化ガリウムナノワイヤ:積層不整構造と光・電気特性 (2011)
  • Author(s): 鱒渕友治
  • Organizer: 特定領域研究「機能元素のナノ材料科学」第4回若手の会
  • Place of Presentation: 師崎荘(愛知県知多郡南知多町)
  • Year and Date: 2011-09-27
• [Presentation] 機能性酸窒化物における構造形成 (2011)
  • Author(s): 吉川信一
  • 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(札幌市)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] 酸窒化ガリウムナノファイバーの結晶成長と光・電気特性 (2011)
  • Author(s): 鱒渕友治、山岡諒平、本橋輝樹、吉川信一、李雄、渡辺健太郎、関口隆史、桐原和大
  • 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(札幌市)
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] 種結晶を用いた酸窒化ガリウム長尺ナノファイバーの結晶成長 (2011)
  • Author(s): 山岡諒平、鱒渕友治、本橋輝樹、吉川信一
  • 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(札幌市)
  • Year and Date: 2011-09-08
• [Presentation] Site Occupancies of Nitride and Oxide Ions in Strontium Niobium Oxynitride Perovskites (2011)
  • Author(s): T.Komiyama, Y.Masubuchi, T.Motohashi S.Kikkawa
  • Organizer: 6th International Conference on Advanced Materials Development and Performance (AMDP2011)
  • Place of Presentation: 徳島大学(徳島市)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-07-16
• [Presentation] Superconductivity of New Niobium Nitrides Doped with Metal Oxide Cluster Ions (2011)
  • Author(s): S.Kikkawa
  • Organizer: The 9th International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies (PacRim 9)
  • Place of Presentation: Cairns Convention Centre, Cairns, Australia
  • Year and Date: 2011-07-11
• [Presentation] Superconductivity of New Niobium Nitrides Doped with Metal Oxide Cluster Ions (2011)
  • Author(s): Y.Ohashi, T.Motohashi, Y.Masubuchi, T.Moriga, K.Murai, S.Kikkawa
  • Organizer: Joint Conference of The 5th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC5)
  • Place of Presentation: メルパルク横浜(横浜市)
  • Year and Date: 2011-06-24
• [Presentation] Gallium oxynitride nanowire (2011)
  • Author(s): R.Yamaoka, Y.Masubuchi, T.Motohashi, K.Kirihara, W.Lee, T.Sekiguchi S.Kikkawa
  • Organizer: Engineering Ceramics 2011 : From Materials to Components
  • Place of Presentation: Smolenice castle, Bratislava, Slovakia
  • Year and Date: 2011-05-08
• [Presentation] 低温窒化合成したα-Feを含むα"-Fe_<16>N_2微粉体の磁気特性 (2011)
  • Author(s): 山下祥平、鱒渕友治、本橋輝樹、吉川信一
  • Organizer: 第49回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 岡山コンベンションセンター(岡山市)
  • Year and Date: 2011-01-12
• [Presentation] 層状構造を持つ蛍光体ホストCaGdAlO_4における窒素部分置換体の合成 (2011)
  • Author(s): 畑智將、鱒渕友治、本橋輝樹、吉川信一
  • Organizer: 第49回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 岡山コンベンションセンター(岡山市)
  • Year and Date: 2011-01-12
• [Presentation] 窒化ニオブの結晶構造および超伝導性に及ぼす典型元素M(M=Mg,Al,Si)-酸素共ドープ効果 (2011)
  • Author(s): 大橋良央、鱒渕友治、本橋輝樹、吉川信一
  • Organizer: 第49回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 岡山コンベンションセンター(岡山市)
  • Year and Date: 2011-01-11
• [Presentation] Structural characterization of dielectric perovskite oxynitride SrTaO_2N (2010)
  • Author(s): Y.Zhang, T.Motohashi, Y.Masubuchi, Y.Kikkawa
  • Organizer: 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM 2010)
  • Place of Presentation: ハワイコンベンションセンター(ハワイ、米国)
  • Year and Date: 2010-12-18
• [Presentation] Oxynitrides as Emerging Functional Materials (2010)
  • Author(s): S.Kikkawa, Y.Masubuchi, T.Motohashi, T.Takeda
  • Organizer: 3^<rd> International Congress on Ceramics (ICC3)
  • Place of Presentation: グランキューブ大阪(大阪市)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-17
• [Presentation] Crystal Growth of Gallium Oxynitride Nanofibers in Sub-mm Length (2010)
  • Author(s): Y.Masubuchi, R.Yamaoka, T.Motohashi, S.Kikkawa
  • Organizer: 3^<rd> International Congress on Ceramics (ICC3)
  • Place of Presentation: グランキューブ大阪(大阪市)
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] Photoluminescence Property and Crystal Structure of Layered Aluminium Oxynitride Prepared through Citrate Route (2010)
  • Author(s): T.Hata, Y.Masubuchi, T.Motohashi, S.Kikkawa
  • Organizer: 3^<rd> International Congress on Ceramics (ICC3)
  • Place of Presentation: グランキューブ大阪(大阪市)
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] Nb-Si酸化物アモルファスをアンモニア窒化した生成物の構造と物性 (2010)
  • Author(s): 大橋良央、鱒渕友治、本橋輝樹、吉川信一
  • Organizer: 平成22年度日本セラミックス協会 東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 東北大学・片平さくらホール(仙台市)
  • Year and Date: 2010-10-29
• [Presentation] ペロブスカイト型酸窒化物Sr_<1-x>La_xNb(O,N)_3(0≦x≦0.8)における結晶構造変化 (2010)
  • Author(s): 小宮山卓史、鱒渕友治、本橋輝樹、吉川信一
  • Organizer: 平成22年度日本セラミックス協会 東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 東北大学・片平さくらホール(仙台市)
  • Year and Date: 2010-10-28
• [Presentation] Thermally metastable transition metal nitrides for metamaterials (2010)
  • Author(s): R.Saito, Y.Masubuchi, T.Motohashi, S.Kikkawa
  • Organizer: Solid State Chemistry 2010 (SSC2010)
  • Place of Presentation: Masaryk Dormitory, Prague, Czech Republic
  • Year and Date: 2010-09-13
• [Presentation] Magnetite prepared in benzyl alcohol for the preparation of Fe_<16>N_2 with large magnetization (2010)
  • Author(s): Y.Masubuchi, S.Yamashita, T.Motohashi, S.Kikkawa, M.Niederberger
  • Organizer: 11^<th> International Conference on Ceramic Processing Science (ICCPS-11)
  • Place of Presentation: ETH Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2010-08-30
• [Presentation] (Nb_<0.89>Al_<0.11>)(O_<0.16>N_<0.84>) oxynitride superconductor (2010)
  • Author(s): S.Kikkawa
  • Organizer: 日本-EU公開ワークショップ「超伝導」
  • Place of Presentation: Omni Shoreham Hotel, Washington D.C., U.S.A.(招待講演)
  • Year and Date: 2010-08-01
• [Presentation] ペロブスカイト型酸窒化物SrNbO_2NのLaによるAサイト置換効果 (2010)
  • Author(s): 小宮山卓史、鱒渕友治、本橋輝樹、吉川信一
  • Organizer: 日本化学会北海道支部2010年夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 函館工業高等専門学校(函館市)
  • Year and Date: 2010-07-24
• [Presentation] 酸窒化ガリウムナノファイバーの結晶成長 (2010)
  • Author(s): 山岡諒平、鱒渕友治、本橋輝樹、吉川信一
  • Organizer: 日本化学会北海道支部2010年夏季研究発表会
  • Place of Presentation: 函館工業高等専門学校(函館市)
  • Year and Date: 2010-07-24
• [Book] バンドギャップエンジニアリング-次世代高効率デバイスへの挑戦- (2011)
  • Author(s): 吉川信一、鱒渕友治、朱新文
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks]
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/strchem/