2022 Fiscal Year Annual Research Report
水熱合成法によるアナターゼ酸化チタン単結晶薄膜の成長メカニズムと局所構造の解明
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20K05323
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
下村 勝 静岡大学, 工学部, 教授 (20292279)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 酸化チタン / アナターゼ / ヘテロエピタキシャル成長 / 蛍光X線ホログラフィ / ソルボサーマル法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、ソルボサーマル法によって様々な元素のドーピングを施した大面積アナターゼ型酸化チタン薄膜をSrTiO3(STO)、LaAlO3(LAO)等の単結晶基板上にヘテロエピタキシャル成長させ、その成長メカニズムを解明することである。その後、大面積アナターゼ型酸化チタンの単結晶にNb, Gd, La等のドーピングを行い、ドーパント周辺の局所構造と電子状態を詳細に解明することである。
ソルボサーマル法では通常、水中の Ti イオンを安定化させるために強酸性条件が使用される。使用される酸は基材を腐食する傾向がある。本研究では、エピタキシャル薄膜を成長させるための安定剤としてアセチルアセトンが使用された。 作製したエピタキシャル薄膜は(001)[100]TiO2|| (001) [100] LaAlO3の配向を有しており、その厚さはおよそ 2.5 μmであった。また、蛍光X線ホログラフィーを用いて、ドーパント原子（ここではエルビウム）がTiサイトを置換していることを明らかにした。
最終年度は、これまでの成果をまとめた投稿論文が高インパクトファクタージャーナルであるChemical Engineering Journal（IF=16.744）に受理された点は大きな成果である。論文受理のために実施した追加実験において、ゾルゲル法でLAO基板の上に極めて薄いアナターゼ薄膜を成長させた後、ソルボサーマル法にて結晶成長をさせると結晶軸が揃いやすいことが判明した。これは、ソルボサーマル法の反応中にLAOのエッチングが同時進行しているためであり、薄いアナターゼ薄膜の存在はエッチング作用を抑制するためであると考えられる。以上のように、反応メカニズムについてもかなり理解が進んだ。
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