2017 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物ゲル膜と溶融塩の反応による窒化物系薄膜の低温合成
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17H03382
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
忠永 清治 北海道大学, 工学研究院, 教授 (90244657)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三浦 章 北海道大学, 工学研究院, 助教 (10603201)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 酸窒化物薄膜 / ゲル膜 / 低温窒化 / 窒化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化物や酸窒化物薄膜の合成には、高温でのアンモニアガスでの処理や、真空環境などを用いる必要があり、これらをを用いない合成プロセスの開発が望まれている。本研究では、ゾル－ゲル法により作製したゲル膜を、窒素を含む低温溶融塩の液相と反応させる、あるいは、様々な窒素含有化合物のと共に熱処理を行うことにより、ゲル膜内で結晶成長反応を進行させ、低温プロセスで窒化物あるいは酸窒化物の薄膜を形成する新規手法を開発することを目的としている。
まず、酸化物ゲル膜をゾル-ゲル法により形成し、その膜に直接、ナトリウムアミド粉末を塗布し、熱処理を行ったところ、一部反応は起こるが、膜質が非常に悪くなることがわかった。
そこで、作製したゲル膜を窒素気流下の電気炉で熱処理する際に、上流に尿素を置き、尿素を加熱して発生する化学種を用いて、ゲル膜を窒化する方法を試みた。その結果、あらかじめ作製した酸化銅の薄膜を尿素存在下、窒素気流中400℃で熱処理を行うことにより、窒化銅の薄膜をガラス基板上に形成できることがわかった。また窒化を行う際に様々な条件で熱処理を行い、FT-IRを用いて化学結合状態を調査することで、窒化に対する尿素の寄与について考察した。
このほかの系として、ペロブスカイト型酸化物薄膜への展開を目指し、まず、固体窒素源を用いた粉末の合成を検討した。一例として、出発原料として，Ba(OH)2，NbCl5，TaCl5，NaNH2をオートクレーブ中で混合することにより、ペロブスカイト型BaNbO2NやBaTaO2Nの粉末を合成できることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
酸化銅膜と尿素を窒素中で加熱することにより、窒化銅薄膜を得るという新たなプロセスを今年度見出した。また、ペロブスカイト型の化合物についても、固体窒素源を用いることにより低温で粉末が得られることを見出しており、ペロブスカイト型酸窒化物薄膜の低温合成に向けて着実に研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度の検討結果を踏まえ、様々な系への展開を目指した前駆体多孔質酸化物膜の作製について検討を行う。例えば、これまでに他のプロセスにより酸窒化物の合成が報告されている、ペロブスカイト系の酸化物などの前駆体薄膜の形成にについて検討を行う。
一方、酸窒化物薄膜を直接得ることが困難であることが判明した系に関しては、酸硫化物などの薄膜を得る手法についても検討を行う。
薄膜の窒化を行う準備として、これらの酸化物系に関して粉末を用いた反応条件の検討を行う。粉末系の実験において、出発試料や溶融塩の種類、合成温度・時間などを系統的に変化させて、得られる結晶粒子の大きさや形態の変化を確認し、最適な合
成条件を検討する。
酸化物粉末と低温溶融塩との反応系を基に、これまでに確立した手法を用いて薄膜の形成を行う。また、酸硫化物の酸窒化物への変換などについても検討を進める。
さらに、新たな取り組みとして、金属－窒素結合を含む前駆体を用いて前駆体薄膜を形成し、これを不活性ガス雰囲気下などで熱処理することにより、窒化反応を用いることなく、酸窒化物薄膜を直接生成できる系および手法の探索も行う。
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