2016 Fiscal Year Annual Research Report
New developments of reactive diffusion techniques toward the facile syntheses of crystal-oriented ceramics with multi-component systems
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15K14125
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福田 功一郎 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90189944)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | セラミックス / 構造・機能材料 / 環境材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
反応拡散を用いた粒子配向化手法を、多成分系の結晶配向セラミックスの汎用的な作製方法の一つに格上げして確立することが本研究の目的である。そのために、多成分系に拡張した反応拡散法を設計・開発して、化学組成が最適化された高性能な結晶配向セラミックスを簡便に作製する実験を行った。具体的には、拡散対の一方または両方に異種元素をドーピングし、生成する結晶配向セラミックスの化学組成を最適化することで高い酸化物イオン伝導性を達成する手法（ドーピング法）の開発に成功した。その際に用いた拡散対は三成分系であり、従来の二成分系拡散対を相組成において拡張することに成功した。
また、液相共存下で高速物質移動を誘起することで目的組成の結晶配向セラミックスを短時間で作製する手法（液相共存法）の確立にも挑戦したところ、液相と固相との反応拡散が実際に起こり、反応速度を著しく向上させること、その結果、極めて簡便に結晶配向セラミックスが生成することを見出した。
以上から、多成分系の結晶配向セラミックスの汎用的な作製方法として、新たに二つの方法を提案することに成功した。
最終年度に実施した研究では、異種酸化物を添加したサンドイッチ型拡散対の積層順序と各層の厚みを適切に設定し、配向多結晶体の化学組成と結晶構造を最適化することで極めて高い酸化物イオン伝導度を実現した。開発した低温作動型の固体電解質は、配向したケイ酸ランタンオキシアパタイト結晶中にＢａＯとＳｉ欠損を導入したものである。イオン伝導度は世界最高レベルに達しており、５００℃で０.０３４ Ｓｃｍ－1であった。この値は現在実用化されているイットリア安定化ジルコニア電解質の約６０倍に相当する。当該粒子配向技術は、従来技術とは比較にならないほど簡便であるだけでなく、多様な化学組成のセラミックス結晶粒子の配向化に応用可能であり、汎用性が高いという利点がある。
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