希土類硫化物の物性に関する研究

• Project/Area Number: 03J01304
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 無機材料・物性
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 太田 道広 室蘭工業大学, 工学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2003: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 希土類硫化物 / 熱電材料 / 電気・電子材料 / 硫化反応 / 機能性セラミックス / 素材精製 / 加圧焼結 / スパッタリング / 熱電変換材料 / 粉末合成 / 成形・焼結 / 組織制御 / 相変態

Research Abstract

1.チオシアン酸アンモニウム(NH_4CNS)を用いた希土類硫化物の合成
昨年度までは、二硫化炭素と希土類酸化物を反応させることによって、希土類硫化物を合成していた。この方法は、大きなギブスエネルギー利得のため低温・短時間の合成が可能である一方、二硫化炭素の分解に起因した炭素が、不純物として合成粉末に残留する問題を抱えていた。そこで、本年度は、ニコラエフ無機化学研究所(ロシア)との共同研究として、チオシアン酸アンモニウムを用いた新しい合成手法の開発を試みた。チオシアン酸アンモニウムを200℃で熱したときに放出したガスと、希土類酸化物を反応させることにより、不純物炭素をほとんど含有しない高純度希土類硫化物の合成に成功した。TG(示差熱天秤)-MS(質量分析計)分析によると、チオシアン酸アンモニウムは、150℃くらいの温度から、強い硫化作用を有する二硫化炭素と硫化水素ガスのほかに、アンモニアガスを放出することがわかった。アンモニアガスの優れた脱炭効果により、試料の高純度化が促進したものと考えられる。
2.二硫化炭素(CS_2)ガス硫化法によるLn_2S_3(Ln=Gd,Dy)の作製とその熱電特性
新規熱電材料の探索を目的として、Gd2S3とDy2S3の作製と特性向上を行った。これらの酸化物Ln_2O_3粉末を、1248Kの温度で、二硫化炭素と反応させることによって、斜方晶の結晶構造を有するLn_2S_3の粉末を合成した。この粉末を、1450K程度の温度で加圧焼結すると、緻密な焼結体を得ることができることを見出した。その際、結晶構造は立方晶へと相変態していた。さらに、Ln_2S_3合成粉末とLnH_3を混合した粉末を加圧反応焼結することにより、硫黄欠損の試料を作製することにも成功した。硫黄を欠損させることにより、キャリア濃度が増加し、立方晶Ln_2S_3焼結体の熱電特性が劇的に向上した。

Research Products

• [Journal Article] Synthesis of La_2S_3 Thin Films by Sulfurization of LaCl_3 and CS(NH_2)_2 (2006)
  • Author(s): 太田 道広
  • Journal Title: Materials Transactions 47巻6号(印刷中)
  • NAID: 10018160141
• [Journal Article] Thermoelectric Properties of Lanthanum Sesquisulfide with Ti Additive (2005)
  • Author(s): 太田 道広
  • Journal Title: Applied Physics Letters 87巻4号
  • NAID: 120000802054
• [Journal Article] Thermoelectric properties and phase stability of La_<10>S_<14>O (2005)
  • Author(s): 太田 道広
  • Journal Title: Proceedings of the 24th International Conference on Thermoelectrics Pages: 193-196
• [Journal Article] Preparation of Silk-Hydroxyapatite Composite and the Evaluations (2005)
  • Author(s): 金子 淳
  • Journal Title: Archives of BioCeramics Research 5巻 Pages: 294-297
• [Journal Article] Phase Changes of Europium Sulfides and Ytterbium Sulfides Prepared by Pulse Electric Current Sintering (2005)
  • Author(s): 袁 海濱
  • Journal Title: Proceedings of the 8th International Symposium on East Asian Resources Recycling Technology Pages: 507-510
• [Journal Article] Preparations of Terbium Sesquisulfide and Holmium Sesquisulfide by Sulfurization of Their Oxide Using CS_2 Gas (2004)
  • Author(s): Haibin YUAN
  • Journal Title: Journal of Rare Earths 22巻 6号 Pages: 759-762
• [Journal Article] Effect of Non-Stoichiometry on Thermoelectric Properties of γ-Tb_2S_<3-x>
  • Author(s): 太田 道広
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds (校閲終了掲載待ち)
• [Journal Article] Phase Transformation and Microstructures of Ln_2S_3 (Ln : La and Sm) with Different Impurities Content of Oxygen and Carbon
  • Author(s): Michihiro OHTA
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds (校閲終了 掲載待ち)
• [Journal Article] Thermoelectric Properties of Titanium-,Zirconium-,Hafnium-,and Alkali-Metal-Doped Lanthanum Sesquisulfides with Th_3P_4 Type Structure
  • Author(s): Michihiro OHTA
  • Journal Title: Proceedings of the 23rd International Conference on Thermoelectrics (校閲終了 掲載待ち)
• [Publications] Michihiro Ohta: "Influence of phase on thermoelectric properties in lanthanum sesquisulfide doped with titanium"Proceedings of 22nd International Conference on Thermoelectrics. 316 (2003)
• [Publications] Michihiro Ohta: "Phase transformation from tetragonal-phase to cubic-phase due to addition of titanium in lanthanum sesquisulfide"Journal of Alloys and Compounds. 校閲終了掲載待ち.
• [Publications] Michihiro Ohta: "Preparation of R_2S_3(R:La,Pr,Nd,Sm) powders by sulfurization of oxide powders using CS_2 gas"Journal of Alloys and Compounds. 校閲終了掲載待ち.
• [Publications] 太田 道広: "Phase change and thermoelectric properties of lanthanum sesquisulfide with Ti,Hf,Zr,and LaH_3 additives (in Japanese)"Proceedings of 15th Symposium on Functionally Graded Materials. 校閲終了掲載待ち.
• [Publications] 袁 海濱: "Preparation of Eu and Yb sulfides and their thermoelectric properties (in Japanese)"Proceedings of 15th Symposium on Functionally Graded Materials. 校閲終了掲載待ち.
• [Publications] 吉村恵範: "Absorption and emission of CO_2 gas using Li_2ZrO_3 powder prepared by Sol-Gel process (in Japanese)"Proceedings of 15th Symposium on Functionally Graded Materials. 校閲終了掲載待ち.