イオン置換によるペロブスカイト型結晶構造の変形と転移のシミュレーション

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07459008
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 堀内 弘之 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (80029892)
• Keywords: イオン置換 / ペロブスカイト型構造 / 相転移 / X線回折 / 結晶構造 / 相平衡図 / 希土類アルミネート

Research Abstract

ペロブスカイト型希土類アルミネートRAlO_3(R:希土類元素,La〜Lu)において、主要構成イオンR^<3+>の大きさを系統的に変化させることによって、結晶格子や結晶構造にどのような影響を及ぼすかを観察・解析した。この結果、特定のNdとSmの比をもつ平均イオン半径のときに、固溶体(Nd_x,Sm_<1-x>AlO_3の結晶構造の対称が変化し、見掛け上の構造相転移のような現象を示すことを見出した。これは、いわば“相転移の化学的シミュレーション"となる。このような静的な構造変化を温度や圧力変化などに伴う動的な構造変化との関連を明らかにすることによって、地球科学的には地球深部における高温高圧下での構造変化の可能性を推定できるし、また、材料科学の側面からは物質構造を制御することにつながり、特定の物性を示す結晶構造を得ることを可能とする。
室温での固溶体(Nd_x,Sm_<1-x>)AlO_3の構造変化の解析は放射光を用いた高分解能粉末X線回折により行い、一連の端成分RAlO_3ついての室温における構造変化の追跡と、高温での構造変化の観察は通常の実験室における封入管X線源によって行った。この結果、Rイオン半径の変化に対する構造変化と温度変化に対する構造変化の関係を明らかにすることができた。Rイオン半径の変化に伴うRO_<12>配位多面体の変化が圧力変化に対応するものと仮定すれば、温度と圧力に対する構造平衡図を推定できることを示した。このみかけの構造平衡図より、ペロブスカイト型希土類アルミネートRAlO_3においては、温度上昇により斜方晶から三方晶(菱面体格子)へ、さらに立方晶へと変化すること、圧力上昇ではその逆の相転移が生じる可能性を示した。

Research Products

• [Publications] 宍戸 統悦: "KFフラックス法によるペロブスカイト型LuAlO_3単結晶の常圧合成" 日本化学会誌(化学と工業化学). 1995(7). 573-575 (1995)
• [Publications] Toetsu Shidido: "Flux growth of perovskite-type RAlO_3 (R=La〜Lu,except Pm)" Journal of Alloys and Compounds. 227. 175-179 (1995)
• [Publications] 宍戸 統悦: "オルトアミン酸希土類化合物の溶融合成" 日本化学会誌(化学と工業化学). 1995(9). 697-702 (1995)
• [Publications] 吉川 彰: "RAlO_3の構造:地球深部物質結晶構造変化追跡の化学的シミュレーション" 月刊「地球」. 号外12号. 159-162 (1995)
• [Publications] Hiroyuki Horiuchi: "Perovskite-type SmAlO_3 : Analysis of twinning originated by very slight deformation from an ideal cubic lattice." Photon Factory Activity Report 1994,#12 (KEK, Japan). 175- (1995)
• [Publications] 宍戸 統悦: "フラックス法による全希土オルソアルミネート単結晶の常圧合成およびアルコレートを原料とする溶質調整の有用性" 重点領域研究「希土類錯体の新展開」成果報告. 525-532 (1995)
• [Publications] 堀内 弘之: "RAlO_3(R:希土類元素)の単結晶育成、結晶構造および物性の研究" 東北大学研究部共同研究報告. 164-167 (1995)
• [Publications] 堀内 弘之: "微小領域X線回折による無機材料の結晶組織研究" (財)日本板硝子材料工学助成会成果報告. 13. 133-139 (1995)
• [Publications] 齊藤 晃宏: "CeGaO_3の合成と結晶構造:CeAlO_3の構造との比較" 日本結晶学会講演要旨集. 151- (1996)
• [Publications] 齊藤 晃宏: "斜方晶RAlO_3の結晶構造" 日本結晶学会講演要旨集. 57- (1996)
• [Publications] 宍戸 統悦: "アークおよびスカル溶融反応法で合成したペロブスカイト型CeGaO_3の結晶構造" 日本化学会誌(化学と工業化学). 1996(1). 991-994 (1996)
• [Publications] 堀内 弘之: "微小領域X線構造解析法とペロブスカイト型相の結晶組織解析への応用" 月刊「ニューセラミックス」. 9. 1-8 (1996)
• [Publications] Akira Yoshikawa: "Syntheses of the solid solution of (Nd_x,Sm_<1-x>) AlO_3 and its structure relation to a series of rare earth orthoaluminates RAlO_3." Journal of Solid State Chemistry. 126. 221-226 (1996)
• [Publications] 齊藤 晃宏: "SRを用いた微小単結晶EuAlO_3の結晶構造解析と一連のRAlO_3(R;希釈土類元素)の構造への関係" 第10回日本放射光学会放射光合同シンポジウム講演要旨集. 263- (1997)
• [Publications] Hiroyuki Horiuchi: "Structure of synthetic Li_2 (Mg,Cu) Cu_2Si_4O_<12> : a unique chain silicate related to pyroxene." American Mineralogist. 82. 144-149 (1997)
• [Publications] Toshinaga Tachi: "Structure of Cu-bearing orthopyroxene and its implication to the partitioning behavior of Cu2+ and the transition metal ions in the ignious processes." Physics and Chemistry of Minerals. 24. 463-476 (1997)
• [Publications] Toetsu Shishido: "Microstructure, thermal properties and hardness of the CeMO_3 (M=Al, Ga) synthesized by arc-melting method." Journal of Alloys and Compounds. 260. 88-92 (1997)
• [Publications] 堀内 弘之: "希土類イオン置換によるペロブスカイト型構造相転移のシミュレーション" 東北大学研究部共同研究報告. 128-129 (1996)
• [Publications] Hiroyuki Horiuchi: "High-resolution powder X-ray diffraction : Itsapplication to the studies on the structure change of perovskite-type RAlO_3." Proc.German-Japanese. Workshop on the Use of Ultra-short Wave. Pbotons & γ-rays for High-Precision High-resolution Analysis of Electronic States olids,HASYLAB in Hamburg (Germany). 35-38 (1996)
• [Publications] 堀内 弘之: "ペロブスカイト型RAlO_3(R;希土類元素):イオン半径と温度変化による構造変化の関係" 第13回希土類討論会要旨 Rare Earths. 28. 32-33 (1996)
• [Publications] 宍戸 統悦: "RGaO_3(R;希土類元素)の溶融合成と性質、RAlO_3との比較" 第13回希土類討論会要旨 Rare Earths. 28. 86-87 (1996)
• [Publications] 堀内 弘之: "ペロブスカイト型RAlO_3の構造相転移" 日本鉱物学会年会講演要旨集. 103- (1996)
• [Publications] 齊藤 晃宏: "ペロブスカイト型希土類ガレートの結晶化学" 日本鉱物学会年回講演要旨集. 33- (1996)
• [Publications] 鄒 志剛: "Phase relation and synthetic minerals in the system of Bi_2O_3-CuO" 日本鉱物学会年会講演要旨集. 32- (1996)
• [Publications] 齊藤 晃宏: "希土類オルソアルミネートの高温相転移" 日本セラミックス協会第12回関東支部研究発表会要旨集. 1B16- (1996)
• [Publications] 堀内弘之: "希土類イオン置換によるペロブスカイト型構造相転移のシミュレーション" 平成8年度東北大学研究部共同利用報告書. 156-157 (1997)
• [Publications] 宍戸統悦: "アーク溶融法によるRGaO_3の合成と性質、RAlO_3との比較" 日本セラミックス誌学術論文誌. 105. 681-686 (1997)
• [Publications] Toetsu Shishido: "Solid solution range of boron,microhardness and magnetic properties of the perovskite-type GdRh_3B obtained by arc-melting synthesis." Japanese Journal of Applied Physics. 36・#11A. L1436-L1439 (1997)
• [Publications] 鄭 玉桐: "横引きアーク溶融法および固相反応によるCeO_2・Ga_2O_3,CeO_2-Al2O_3系化合物の合成、生成相と組織" 第72回春季日本化学会年会予稿集. 3A137- (1997)
• [Publications] 堀内弘之: "RAlO_3イオン種と温度変化に基づく相平衡関係および結晶構造の変化" 第14回希土類討論会要旨 Rare Earths. 214-215 (1997)
• [Publications] 齊藤 晃宏: "CeMO_3(M=Al,Ga);合成条件による相安定関係" 第14回希土類討論会要旨 Rare Earths. 136-137 (1997)
• [Publications] 宍戸統悦: "RMO_3(R;希土類電素、M=Al,Ga)の合成と性質" 第14回希土類討論会要旨 Rare Earths. 138-139 (1997)
• [Publications] 堀内弘之: "ペロブスカイト型構造高温高圧相転移:イオン半径の制御による化学的シミュレーション" 日本鉱物学会講演要旨集. 77- (1997)
• [Publications] 堀内弘之: "ペロブスカイト型RAlO_3構造に及ぼすR^<3+>イオン半径と温度の効果" 人工結晶討論会講演要旨集. 65-66 (1997)
• [Publications] 齊藤 晃宏: "LuGaO_3の結晶構造解析と一連のRGaO_3(R:希土類元素)の構造との関係" 日本結晶学会講演要旨集. 101- (1997)
• [Publications] 小暮敏博: "gibbsite(Al(OH)_3)の脱水化によって生成したアルミナの構造解析" 日本結晶学会講演要旨集. 125- (1997)
• [Publications] Akira Yoshikawa: "Orthorhombic to trigonal phase transition of perovskite-type (Nd_x,Sm_<1-x>) AlO_3." Journal of Alloys and Compounds. (発表予定). (1998)
• [Publications] Akihiro Saitow: "Structural change caused by substitution of Nd for Sm in (Nd,Sm) AlO_3 : Application of synchrotron high-resolution powder X-ray diffraction" Journal of Applied Crystallography. (発表予定). (1998)
• [Publications] 宍戸統悦: "銅ハ-ス水平移動式アーク溶融法によるペロブスカイト型CeMO_3(M=Al,Ga)の合成、ミクロ組織および結晶構造" 日本セラミックス誌学術論文誌. (発表予定). (1998)