2020 Fiscal Year Annual Research Report
New synthesis route for isotope controlled boron nitride crystals and their properties
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18K19136
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
谷口 尚 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, フェロー (80354413)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 六方晶窒化ホウ素 / 立方晶窒化ホウ素 / 同位体濃縮 / 高圧下複分解反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化ホウ素(BN)結晶は低密度の六方晶（hBN）と高密度の立方晶（cBN）が工業的に活用されている。hBNは耐熱材 摺動材等、cBNはダイヤモンドに次ぐ超硬質材料等として応用が進んでおり、更にワイドギャップ半導体としての優れた特性も期待されている。しかしながらその基礎物性、とりわけホウ素同位体濃縮効果の研究は未踏であり、良質結晶による物性評価を通じた新機能の探索、応用展開は未踏であった。本課題では、hBN原料とホウ窒化物触媒からなる既存のcBN合成法によらず、ホウ化物から直接高圧下の化学反応による新たなcBN結晶の合成経路を確立した。これによりホウ素同位体(10B,11B,14N及び15N)組成を任意に制御したhBNとcBN高品位単結晶を合成し、その基礎物性を明らかにした。ラマン分析により、ラマンシフトとSIMS分析により評価した同位体濃縮で度の間に明瞭な線形関係が得られた。この結果はBNの同位体組成の定量的な決定にラマンシフトが活用できることを示している。本課題での最大の成果はcBN結晶の熱伝導率における同位体効果である。cBN単結晶のホウ素同位体(10B及び11B)を濃縮することで、室温に置いてダイヤモンドに匹敵する熱伝導率の向上が見出された。これは米国MIT、テキサス大学、ヒューストン大学、中国 北京大との国際共同研究であり、Science誌に掲載された。
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