超低熱膨張性をもつ立方晶系リューサイト化合物の設計

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650666
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 小林 秀彦 埼玉大学, 工学部, 教授 (60125888)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野口 文雄 埼玉大学, 工学部, 助教授 (40008842)
• Keywords: 熱膨張 / 立方晶 / リューサイト化合物 / ポルーサイト / 高温X線回折 / 結晶構造の簡素化表示 / 配位多面体

Research Abstract

限定された温度範囲(473〜673K)ではあるがゼロ熱膨張特性をもち、かつ結晶軸の熱膨張異方性をもたない立方晶ポルーサイトを標的化合物に選択し、申請者が開発した多段階焼成法を用いて種々の立方晶系リューサイト化合物を合成し、これらの熱膨張特性を詳細に調べた。また、結晶構造内の各原子の配列を自在に操作でき、かつ結晶構造内の空隙を定量化できるパソコンのソフトウェアを試作した。
以下に、本研究で得られた成果をまとめる。
1.固相反応法を基本にした多段階焼成法を用いて立方晶系リューサイト化合物CsMSi_2O_6(M=B,Al,Fe,B_<0.2>Al_<0.8>,Al_<0.5>Fe_<0.5>,Al_<0.2>Fe_<0.8>)、Cs_2MSi_5O_<12>(M=Cd,Fe,Mg,Ni,Zn)およびRbAlSi_2O_6を合成できた。さらに、リューサイト組成のアルカリ金属およびシリカサイトを他の原子で部分置換したCs_<0.875>Rb_<0.125>AlSi_2O_6、Cs_<0.9>Al_<0.9>Si_<2.1>O_6、Rb_<0.9>Al_<0.9>Si_<2.1>O_6、Rb_<0.8>Al_<0.8>Si_<2.2>O_6の合成にも成功した。これらの合成したリューサイト化合物は定量分析で化学組成を、リートベルト解析で結晶構造(立方晶、空間群Ia3d)を明らかにした。
2.合成したリューサイト化合物の熱膨張特性を低温(123K〜298K)および高温(298K〜1273K)X線回折装置を用いて詳細に調べ、得られた熱膨張特性の結果をデータベース化した。合成したリューサイト化合物の熱膨張特性は四面体を構成するM/Si比に依存している可能性を見出した。
現在、合成したリューサイト化合物の熱膨張特性とその支配因子を詳細に調べている。
3.熱膨張特性の支配的因子を探索するための手段として、結晶構造内の各原子の配列を配位多面体を用いて簡素化するソフトウェアと結晶構造内の空隙を定量化できるソフトウェアを開発した。
現在、これらのソフトウェアを用いて、結晶学的立場から結晶構造内の各原子の配列と熱膨張の支配因子との関連性を調べている。

Research Products

• [Publications] Yanase Ikuo: "Thermal Expansion Property of Synthetic Cubic Leucite-Type Compounds"Journal of the Ceramic Society of Japan. 108巻1号. 26-31 (2000)
• [Publications] Yanase Ikuo: "Synthesis of Cubic Cs_2FeSi_5O_<12> Powder in Ar Atmosphere and Its Thermal Expansion Property"Journal of the Ceramic Society of Japan. 108巻7号. 678-681 (2000)
• [Publications] 福地正行: "配位多面体を用いた結晶構造の簡素化表示"The Journal of Chemical Software. 7巻2号. 47-56 (2001)