2017 Fiscal Year Annual Research Report
Nano structure control and proton transport of barium zirconate thin-film
Publicly Offered Research
| Project Area | Exploration of nanostructure-property relationships for materials innovation |
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| Project/Area Number |
16H00891
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
山崎 仁丈 九州大学, 稲盛フロンティア研究センター, 教授 (30292246)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プロトン伝導性薄膜 / 格子ひずみ / プロトン拡散係数 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、薄膜においてのみ誘起可能なナノ構造を利用し、ランタノイド置換ジルコン酸バリウム薄膜において、酸化物基板とランタノイド置換ジルコン酸バリウムの格子ミスマッチを利用してランタノイド置換ジルコン酸バリウムに歪みを導入し、プロトン（H+）伝導を制御することである。昨年度までにY置換ジルコン酸バリウムを薄膜化することでプロトン濃度が減少することが示唆されていた。本年度はドーパントをYよりイオン半径の小さなInに置換したジルコン酸バリウムをNb添加チタン酸ストロンチウム基板に堆積することで薄膜試料を作製、さらに膜厚を5 μmから68 nmと幅広く制御することで導入歪み量を制御しプロトン濃度に及ぼす影響を検討した。
作製した薄膜における格子ひずみを逆格子マッピング測定により評価した。膜厚を小さくすることにより面内方向に最大0.9 ％の圧縮ひずみが導入された。Y置換試料においては最大3％であったことから、格子不整合度が小さくなり、基板-薄膜界面における格子ひずみが小さくなったものと考えられる。
作製した面内方向に圧縮ひずみを導入した20 mol% In置換ジルコン酸バリウムの薄膜面直方向のプロトン伝導性を評価したところ、基板界面の影響を強く反映していると考えられる膜厚の小さな試料(68 nm)において、Y置換ジルコン酸バリウム薄膜と同様にプロトン伝導性が著しく減少した。このことから、基板との格子不整合を利用してジルコン酸バリウム中に圧縮ひずみを導入すると、比較的小さな圧縮ひずみであってもプロトン濃度が減少することが分かった。
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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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