固体酸化物電気化学ドーピング法による酸化物セラミックスの機能デザイン

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12875124
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 松本 泰道 熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (80114172)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鎌田 海 熊本大学, 工学院・物質生命化学科, 助手 (90315284) ; 鯉沼 陸央 熊本大学, 工学院・物質生命化学科, 講師 (70284742)
• Keywords: 固体電解質 / ベータアルミナ / 酸化亜鉛 / 酸化ビスマス / バリスター / 電気化学 / ドーピング / セラミックス

Research Abstract

本研究では主にバリスターである酸化亜鉛焼結体にビスマスの3価カチオンをドーピングすることを試みた。その結果、酸化ビスマス焼結体を陽極、陰極をナトリウムベータアルミナとして用いることにより、ビスマスカチオンだけを選択的にドーピングできることに成功した。3価のカチオンがドーピングできることは極めて困難なことであったが、本研究のようなSOEDシステムによりこれを可能にした。ビスマスは酸化亜鉛の粒界に存在しており、これによりバリスター特性が得られた。バリスター特性の中で、ブレークダウン電圧はドーピング量を増やすことにより制御できることが明らかになった。この量は流した電気量に比例しており、結局、このSOED法によってバリスター特性を自由に制御できることが判明した。陰極のナトリウムベータアルミナ中には亜鉛イオンが検出されたことから、この機構としては次のことが考えられた。まず陽極のナトリウムベータアルミナのナトリウムイオンが酸化ビスマスに入り、酸化ビスマスのビスマスイオンが酸化亜鉛にドープされる。酸化亜鉛中の亜鉛イオンが陰極のナトリウムベータアルミナに移動する。また、酸化ビスマスと酸化亜鉛を混合した材料から、ビスマスと鉛の同時ドーピングも行った。この結果、電圧を調整することにより、両イオンを同時にドーピングできることが判明した。この手法を用いて、今後、多機能集積型セラミックスを作製するつもりでいる。この場合には、先端をするどく尖らせたベータアルミナを両電極として用いながら、電解するつもりでいる。

Research Products

• [Publications] K.Kamada,Y.Yanaru and Y.Matsumoto: ""Cation Doping into the Superconducting Bi-Sr-Ca-Cu-O Ceramics Using the Solid Oxide Electrochemical Doping Method""Electrochemistry. Vol.68,No.6. 540-542 (2000)