ペロブスカイト型結晶構造の変形における組成変動と熱的条件の効果

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10490009
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 堀内 弘之 弘前大学, 教育学部, 教授 (80029892)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宍戸 統悦 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (50125580) ; 鎌田 耕太郎 弘前大学, 教育学部, 教授 (20233926)
• Keywords: ペロブスカイト構造 / 複酸化物固溶体 / 硼化物ペロブスカイト / 結晶構造 / 構造相転移 / X線回折 / 熱分析 / 希土類元素

Research Abstract

ペロブスカイトABX_3相の物質探索と組成、結晶構造の評価を行った。複酸化物では組成と温度に伴う構造変化の追跡、硼化物では、組成の不定比性とペロブスカイト相としての安定領域、安定条件に加え構造と硬度の関係をも考察した。複酸化物の合成は固相反応法、硼化物はフラックスおよびアークメルト法、構造評価は主として粉末X線回折法により、構造評価の要となる相ついては放射光源による高分解能粉末X線回折、高温X線回折法を用いた。
本年度研究の実績は次のとおり集約される。
1.Xを酸素とする複酸化物:AとしてBa^<2+>イオン、Bには4価の希土類イオンCe^<4+>、Pr^<4+>、Tb^<4+>にZr^<4+>を加えた端成分、混合相の合成と構造変化を追跡した。この結果、BaCeO_3、BaPrO_3は従来の報告の通り斜方晶、BaZrO_3は立方晶である。BaTbO_3はこれまでの三方晶(菱面体格子)という報告に対し本研究では斜方晶であると結論した。さらにイオン混合による固溶体Ba(Pr_<1-χ>Zr_χ)O_3、Ba(Tb_<1-χ>Zr_χ)O_3では、室温において、xの0〜1の変化に伴い斜方晶・三方晶・立方晶の構造変化を示すこと、斜方晶BaPrO_3は温度上昇により三方晶へ変化することを明らかにした。このようにBイオンに異種の4価希土類イオン、Zr^<4+>を適切に組み合わせることにより、斜方、菱面体、立方の異なる構造の選択、格子変形の制御を可能とした。
2.硼化物:RB_<1-χ>X_3(R:希土類元素、X:貴金属元素)のような硼素の不定比性とペロブスカイト型相の安定範囲、硬度、耐酸化性など物性との関係を視野にいれ、ここでは合成を主体として研究を実施した。今後詳細な組成変化と結晶構造上の綿密な研究とリンクさせることによりペロブスカイト新物質の探索、構造、物性の研究に発展することが期待される。
3.今後への発展:先のわれわれのAイオン置換と本研究でのBイオン置換による研究成果、および、非酸化物への研究発展を踏まえ、さらに広範囲にわたる総合的なペロブスカイト相探索と構造研究により、これら物質群の組成と構造に関する基礎情報の提供と新たな物性発現が期待される物質探索の発展に寄与する。

Research Products

• [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9年度東北大学研究部共同利用報告書. 185-186 (1998)
• [Publications] Toetsu SHISHIDO: "XPS and magnetic measurements for perovskite-type HoRh_3B."Japanese Journal of Applied Physics, Letter. 283. 91-94 (1999)
• [Publications] Toetsu SHISHIDO: "Molten metal flux growth and characterizations of a new compound PrRh_<4.8>B_2 single crystals."Journal of Alloys and Compounds. 283. 133-138 (1999)
• [Publications] Shigeru OKADA: "Growth condition, electrical resistivity, microhardness and thermal properties of PrRh_<4.8>B_2 single crystals synthesized from high-temperature copper solutions."Journal of the Ceramic Society of Japan. 107. 184-186 (1999)
• [Publications] 宍戸統悦: "不定比ペロブスカイト型化合物YRh_3B_χ、YRh_3B_χ及びYRh_3B_χC_<1-χ>のB又はC量χの変化に伴う格子定数の変化"Journal of the Ceramic Society of Japan. 107. 648-651 (1999)
• [Publications] 宍戸統悦: "溶融Cuをフラックスとして得た新しい層状化合物PrRh_<4.8>B_2単結晶の化学状態および性質"日本セラミックス協会学術論文誌. 107. 1087-1092 (1999)
• [Publications] Toetsu SHISHIDO: "Solid solution range of boron, microhardness and oxidation resistance of the perovskite type-RERh_3B_χ (RE=Gd, Y, Sc) compounds."Journal of Alloys and Compounds. 291. 52-56 (1999)
• [Publications] Hiroyuki HORIUCHI: "Phase Transition of (Nd, Sm)AlO_3"Proceedings of International Conference on Solid-Solid Phase Trans-formations'99 (JIMIC-3), Eds, M.Koiwa, K.Otsuka and T.Miyazaki, The Japan Institute of Metals. 1397-1400 (1999)
• [Publications] 宍戸統悦: "不定比性ペロブスカイト型化合物ScRh_3B_χの硬度と耐酸化性"日本セラミックス協会学術論文誌.. 107[6]. 546-550 (1999)
• [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制御"平成10年度東北大学研究部共同利用報告書. 168-169 (1999)
• [Publications] 堀内弘之: "ペロブスカイト型希土類アルミネートにおける相変態の制御"平成10年度科学研究費補助金特定領域研究A 「材料組織制御をめざした相変態の微視的機構の解明」 研究成果報告書. 135-136 (1999)
• [Publications] Akira YOSHIKAWA: "Orthorhombic to trigonal phase transition of perovskite-type (Nd_χ, Sm_<1-χ>)AlO_3."Journal of Alloys and Compounds. 266. 104-110 (1998)
• [Publications] 宍戸統悦: "銅ハー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. 106. 509-513 (1998)
• [Publications] Hiroyuki HORIUCHI: "Phase transition in (Nd_χ, Sm_<1-χ>)AlO_3 : Structural behavior characterized by ionic radius and temperature"proceedings of the 3rd Pacific Rim International Conferecone on Advanced Materials and Processing (PRICM 3) Edited by M.A.Iman, R.DeNale, S.Hanada, Z.Zhong and D.N.Lee, The Minerals, Metals & Materials Society. 1417-1422 (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. 31. 663-671 (1998)
• [Publications] Toetsu SHISHIDO: "Electric resistively, oxidation resistivity and hardness of single crystal compounds in the Er-Rh-B system."Journal of Alloys and Compounds. 280. 65-70 (1998)
• [Publications] Shigeru OKADA: "Growth conditions, electrical resistivity, micorhardness and thermal properties of Nb_5Sn_2Ga single crystals synthesized from high-temperature tin solutions."Journal of Alloys and Compounds. 281. 160-162 (1998)
• [Publications] Toetsu SHISHIDO: "Chemical state and properties of the Nb_5Sn_2Ga grown by the self-component flux method using tin as a solvent."Journal Alloys and Compounds. 281. 196-201 (1998)
• [Publications] 堀内弘之: "ペロブスカイト型希土類アルミネートにおける相変態の制御"平成9年度科学研究費補助金特定領域研究A「材料組織制御をめざした相変態の微視的機構の解明」研究成果報告書. 134-135 (1998)
• [Publications] 堀内弘之: "複合酸化物ペロブスカイト相の陽イオン種置換、温度変化に伴う構造変化、構造相転移の研究"科学研究費補助金特定領域研究A「材料組織制御をめざした相変態の微視的機構の解明」ニューズレター. No.4. 42-45 (1998)
• [Publications] 堀内弘之: "イオン置換によるペロブスカイト型結晶構造の変形とシュミレーション"平成7〜9年度文部省科学研究費補助金(基盤研究(B))研究成果報告書. 180 (1999)
• [Publications] Toetsu SHISHIDO: "Synthesis and Characterizations of the Nonstoichiometric Perovskite-type Compound ScRh_3B_χ."Journal of Alloys and Compounds. 309. 107-112 (2000)
• [Publications] 宍戸統悦: "ペロブスカイト型化合物RERh_3B_χ(RE=La, Lu)の合成およびB不定比性、硬度に関する研究"日本セラミックス協会学術論文誌. 108[7]. 683-686 (2000)
• [Publications] 宍戸統悦: "不定比性ペロブスカイト型化合物ErRh_3B_χの硬さおよび耐酸化性"日本セラミックス協会学術論文誌. 108[11]. 1011-1015 (2000)
• [Publications] 堀内弘之: "ペロブスカイト型複酸化物における相変態の制御"平成9〜11年度科学研究費補助金特定領域研究A「材料組織制御をめざした相変態の微視的機構の解明」研究成果報告書. 171-172 (2000)
• [Publications] 堀内弘之: "結晶組織を形成する相の微少量・微小領域での構造解析汎用システムの確立"平成9〜10年度文部省科学研究費補助金(基盤研究(B))研究成果報告書. 212 (2000)
• [Publications] Hiroyuki HORIUCHI: "Perovskite-type BaXO_3 : Its structural control by selection of ionic radius of X."Special Issue"Microscopic Mechanism of Phase Transformation"of Materials Science and Engineering A, Elsevier. (印刷中). (2001)
• [Publications] 宍戸統悦: "Sc-TM-B(TM=Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni)系に対するペロブスカイト型ボライドの探索"日本セラミックス協会学術論文誌. (投稿中). (2001)