2017 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ構造制御による巨大負熱膨張物質の開発
Publicly Offered Research
| Project Area | Exploration of nanostructure-property relationships for materials innovation |
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| Project/Area Number |
16H00883
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
北條 元 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90611369)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 負熱膨張 / in-situ TEM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高度に微細化した半導体製造や光通信の場では、わずかな熱膨張でさえも命取りにる。このため温めると縮む、負熱膨張物質を用いたゼロ熱膨張複合体の開発が求められている。我々のグループでは、負熱膨張物質の母物質としてBi3+0.5Bi5+0.5Ni2+O3という特異な価数状態を持つペロブスカイトBiNiO3に着目している。そのNiサイトを一部Feで置換したBiNi1-xFexO3が、常圧下での加熱によりBi3+(Ni,Fe)3+O3への転移を起こし、Ni2+→Ni3+の酸化によりペロブスカイト構造の骨格を造るNi-O結合が収縮するため、既存材料の3倍の負熱膨張を示す事を報告してきた。しかしながら、転移が一次的であることに起因した温度ヒステリシスが実用上の問題となっている。
本研究では、BiNi1-xFexO3のもつ温度履歴解消のためのドメイン設計を行うことを１つの目的として研究を進めた。電子エネルギー損失分光を用いてNiの価数を調べることにより、電子回折では困難であった低温相と高温相の区別に成功した。さらに、in-situホルダーを用いて試料を液体窒素温度に冷やすことで、室温ではNiの価数が3価であったドメインが、２価へと変化することも見出した。サイト間電荷移動メカニズムによる新しい負熱膨張物質を開発することを目的として、種々のBi(Pb)-遷移金属元素の組み合わせの酸化物の合成を行った。その過程で、PbとCoが共に電荷不均化した新しいペロブスカイト型酸化物PbCoO3を合成し、その構造を明らかにすることにも成功した。
また、常誘電相への転移に伴い負熱膨張を示すBiFeO3について、その強誘電性を制御することを目的として、Feサイトを一部Coで置換したBiFe1-xCoxO3の諸特性を調べる過程で、BiFe1-xCoxO3に弱強磁性と強誘電性が共存することを見出している。適切な基板を選択することで、両秩序の共存したBiFe1-xCoxO3薄膜の作製にも成功した。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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