2015 Fiscal Year Annual Research Report
高圧・高温プロセスを利用した新しい構造―機能相関の探求
| Project Area | Exploration of nanostructure-property relationships for materials innovation |
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| Project/Area Number |
25106006
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
谷口 尚 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, グループリーダー (80354413)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遊佐 斉 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, 主席研究員 (10343865)
宮川 仁 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット, 主任研究員 (40552667)
吉田 英弘 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, 主幹研究員 (80313021)
村田 秀信 横浜市立大学, 総合科学部, 助教 (30726287)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノ構造情報 / 高圧、高温プロセス / 高密度相 / 外場制御高温プロセス / 機能性セラミックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
圧力誘起相転移により得られる高密度結晶相、準安定状態で凍結される新たな結晶相は新たな機能発現の土俵として興味深く、相転換機構を支配するナノ構造情報の抽出と制御手法の確立を目指している。
ウルツ鉱型窒化ホウ素(wBN)は熱力学的準安定相であるが、室温で無拡散転移により転換した後、一気圧下で回収が可能である。準安定相凍結機構を明らかにするため、予め合成した高純度六方晶窒化ホウ素単結晶から転換したwBNの微細構造をHAADF・STEM法により明らかにした。
強誘電体合成を視野に据えた、A2+B4+O3組成の高圧合成ニオブ酸リチウム（LN）相の安定性に関する系統的研究においては、ほぼ同等のトレランスファクターを有する元素組み合わせである、ZnSnO3とCdPbO3の高圧下構造をその場観察したところ、ZnSnO3はLN相が高圧下で安定であり、CdPbO3は、高圧下でペロブスカイト（PV）構造が約2GPaで安定となり、減圧過程でLN相に緩和した。出発原料から直接、電子ドープ12CaO･7Al2O3(C12A7)結晶を高圧下で合成すると供に理論計算により高圧プロセス適用時の構造安定性を明らかにした。
電場等の外場制御焼結等で新規な焼結体界面構造を創製し、先端的なEELS分析等を中心とした微細構造解析を実施した。特に外場・高温下での機能元素と点欠陥生成および物質輸送に関して新たな知見の獲得、機能発現、モデル化等がなされた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
wBN結晶相のSTEMによる超微細構造解析により、準安定高密度相凍結におけるInversion Domain Boundary生成の効果が示唆される。A2+B4+O3組成の高圧合成ニオブ酸リチウム相の安定性においては、ほぼ同等のトレランスファクターを有する元素組み合わせにおいて、LN相の安定性とその緩和構造に対する知見を得た。
結晶構造情報から材料機能特性を把握するという研究の流れを、超硬質物質を皮切りに、他の機能性物質（強誘電体等）について展開を試みている。比較結晶化学的観点から機能特性を俯瞰するというアプローチは成功している。今後、より一般化した新しい指標（例えば、高圧下のイオン半径）を参照しながら、研究を加速してゆくべきと考える。
外場制御下での高温・常圧プロセスでは、技術向上が進むと共に、それに伴う機能元素、欠陥構造に由来する物質輸送、またその材料特性に対する理解が図られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
高圧結晶構造と様々な結晶化学的指標を網羅的に勘案しつつ、新機能を探索する。高圧下でのイオン半径・バンドギャップ等、構造・物性の基本となる情報の精査が必要であり、計算科学との連携がより一層重要となる。高圧下で得られる構造の安定性について実験的検証、減圧時におけるアモルファス化、減圧緩和構造が研究対象であり、とりわけ緩和構造においては、中心対称性の喪失に伴う強誘電性の発現などが期待される。また、理論計算から予測されたC12A7結晶に対する高圧プロセスの有意性・劣位性をベースに、金属イオンの包接を試み、高圧下イオン半径に加えて、金属の陰イオン半径に関する基礎的な実験データ蓄積へ繋げたい。タングステン系複酸化物に関しては、置換ドーピング等、結晶構造のモディファイを通じて、電子・イオン導電性の発現といった機能化を試み、コモンサブジェクトへ展開できる材料創製を目指す。
これまでに得られた知見とプロセス技術を駆使し、Al2O3の粒界構造制御／粒界構造の予測を情報学との連携の下に進め、また機能発現のループによる研究への連携を推進する
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Research Products
(11 results)
