湿式法による機能性無機材料の合成とキャラクタリゼ-ション

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63470063
• Research Institution: University of Osaka Prefecture
• Principal Investigator: 南 務 大阪府立大学, 工学部, 教授 (80081313)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 町田 信也 大阪府立大学, 工学部, 助手 (10190381) ; 辰巳砂 昌弘 大阪府立大学, 工学寺, 助手 (50137238) ; 峠 登 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (00081315)
• Keywords: 溶液法 / ゾルーゲル法 / 噴霧熱分解法 / 高機能性材料 / 高温超伝導体 / パッシベ-ション膜 / プロトン導電体 / 微細加工

Research Abstract

適当な化合物の水溶液あるいはアルコ-ル溶液を出発原料とする湿式法は、高イオン伝導体、超伝導体、強誘電体などの機能性無機材料の合成法として、均質性、合成温度などの点で固相法よりも優れている。本研究は、高い機能性を示す各種無機材料の合成プロセスの開発と、生成する材料の特性評価を行ったものであり、以下のような成果を得た。
1.各金属の硝酸塩水溶液を出発原料とし、これを噴霧熱分解する方法により、Bi_2CaSr_2Cu_2O_x超伝導微粒子を直接合成することに成功した。これらの微粒子の生成に対しては、分解温度の他、雰囲気も大きな影響を及ぼすことを見いだした。
2.ゾルーゲル法を用いることにより、H_3PM_<012>O_<40>・29H_2Oを最大40%まで含むSiO_2膜を作製し、プロトン導電率の湿度に対する可逆的な応答性より、湿度センサ-への応用の可能性のあることを示した。
3.ホウ素のアルコキシドを出発原料に用いる、B_2O_3ーSiO_2系あるいはMOーB_2O_3ーSiO_2(M=Mg、Zn)系パッシベ-ション膜の作製においては、コ-ティング雰囲気の制御が重要であることを明らかにした。
4.ゾルーゲル法により各種鋼板上にZrO_2やSiO_2膜をコ-ティングすることが、鋼板の耐熱性や耐候性の向上に効果的であることを明らかにした。さらに、これらの膜にメチル基を導入して膜の構造を柔軟にすることにより、薄膜形成後の鋼板の加工性が向上することを見いだした。
5.金属アルコキシドを加水分解して得られるゾル溶液に、ポリエチレングリコ-ルなどの適当な有機高分子を添加することによって、生成するゲル膜の硬化速度や構造を制御できることを明らかにした。また、このような硬化速度を制御したゲル膜にスタンパ-で微細加工を施し、後に熱処理することによって、ガラス基板上にサブミクロンオ-ダ-のパタ-ンを形成できることを示した。

Research Products

• [Publications] N.Tohge: "Vitrification and Crystallization Processes of High-Tc Superconducting Oxides in the System Bi-Ca-Sr-Cu-O" J.Ceram.Soc.Jpn.97. 334-338 (1989)
• [Publications] 奥山喜久雄: "エアロゾル反応器による酸化物超伝導微粒子の製造" 粉体工学誌. 26. 146-150 (1989)
• [Publications] M.Tatsumisago: "Transition Range Viscosity of Rapidly Quenched Bi-Ca-Sr-Cu-O Glasses" Appl.Phys.Lett.54. 2268-2270 (1989)
• [Publications] 南務: "酸化物高温超伝導体のガラス化とその特性(解説)" 化学. 44. 342-343 (1989)
• [Publications] N.Tohge: "Direct Preparation of Fine Powders of the 80 K Superconducting Phase in the Bi-Ca-Sr-Cu-O System by Spray-Pyrolysis" Jpn.J.Appl.Phys.28. L1175-L1178 (1989)
• [Publications] 奥山喜久夫: "噴霧熱分解法による酸化物超伝導微粒子の製造(解説)" 化学工学. 53. 512-514 (1989)
• [Publications] M.Tatsumisago: "Crystallization Kinetics for Quenched Bi-Ca-Sr-Cu-O Glasses" Appl.Phys.Lett.55. 600-602 (1989)
• [Publications] N.Tohge: "Substitution Effect of Pb for Bi on the Formation of High-Tc Superconducting Thick Films in the Bi-Pb-Ca-Sr-Cu-O System by the Melt-Solidification Method" Jpn.J.Appl.Phys.28. L1408-L1410 (1989)
• [Publications] M.Adachi: "Preparation of Ultrafine Zirconium Dioxide Particles by Thermal Decomposition of Zirconium Alkoxide Vapor" J.Mat.Sci.24. 2275-2280 (1989)
• [Publications] 南務: "超イオン伝導性セラミックスの最近の進歩(総説)" ケミカルエンジニアリング. 34. 729-733 (1989)
• [Publications] N.Tohge: "Preparation of B_2O_3-SiO_2 and MOーB_2O_3-SiO_2(M=Zn,Mg)Glass Films by the Sol-Gel Method" J.Non-Cryst.Solids. 112. 432-436 (1989)
• [Publications] N.Tohge: "Crystalline Phases Precipitated by Heat-Treatment of Rapidly Quenched Glasses in the Bi-Ca-Sr-Cu-O System" Jpn.J.Appl.Phys.28. 1742-1745 (1989)
• [Publications] N.Tohge: "Formation of Pregrooves for Optical Disks by the Sol-Gel Method" Proc.of 6th Japan-Korea Seminar on Ceramics. 140-143 (1989)
• [Publications] M.Tatsumisago: "Transition-Range Viscosity of Quenched Bi-Ca-Sr-Cu-O Glasses with Several Additives" Chem.Express. 5. 9-12 (1990)
• [Publications] N.Tohge: "Preparation of High-Tc Superconducting Oxide Films in the Bi-(Pb)-Ca-Cu-O System from Stabilized Metal-Alkoxides" J.Non-Crystal.Solids. (1990)
• [Publications] A.Matsuda: "Physical and Chemical Properties of TiO_2-SiO_2 Films Derived from Polyethylene Glycol-Containing Gels for Fine-Patterning Process" J.Am Ceram.Soc.73. (1990)
• [Publications] N.Tohge: "Preparation of Superconducting Fine Particles in the Bi-(Pb)-Ca-Sr-Cu-O system Using Spray-Pyrolysis Method" Mater.Electronics. (1990)
• [Publications] 南務: "セラミック工学ハンドブック((社)日本セラミックス協会編)" 技報堂出版, 2521 (1989)