| 研究課題/領域番号 |
10450327
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
無機工業化学
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
小平 紘平 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60002002)
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| 研究分担者 |
中山 享 新居浜工業高等専門学校, 講師 (50300637)
樋口 幹雄 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40198990)
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| 研究期間 (年度) |
1998 – 1999
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| 研究課題ステータス |
完了 (1999年度)
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| 配分額 *注記 |
12,100千円 (直接経費: 12,100千円)
1999年度: 3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
1998年度: 8,300千円 (直接経費: 8,300千円)
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| キーワード | 希土類ケイ酸塩 / 酸化物イオン伝導体 / アパタイト構造 / 浮遊帯溶融法 / 単結晶 / 導電率 / 異方性 / 酸素イオン伝導体 / 非化学量論性 / 導電率の異方性 |
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| 研究概要 |
アパタイト型構造を有する希土類ケイ酸塩(Ln_<9.33>(SiO_4)_6O_2)は新しいタイプの酸化物イオン伝導体であり、これまでに焼結体試料を用いて低温での導電率が安定化ジルコニアに優ることが明らかになっている。しかしながら、これまでにこの化合物の大型単結晶か育成されたという報告はなく、バルクとしての本質的な物性に関する詳細は検討されていない。そこで本研究では、集光式の浮遊帯溶融法によりアパタイト型希土類ケイ酸塩の単結晶を育成し、その酸素イオン伝導機構を明らかにすることを目的とした。
この系の化合物の中でも比較的光の吸収のよいPr系、Nd係およびSm系について単結晶育成をおこなった。いずれの結晶も一致溶融し、融液から容易に単結晶を育成することができた。Nd系については気泡の取り込みが問題となったが、量論組成よりも若干Ndを少なくした原料を用いることによって気泡を全く含まない単結晶を得ることができた。Nd系の場合は化学量論組成と一致溶融系組成が異なり、後者は前者よりも若干Ndが少ない組成であることが予想された。また、Sm系の場合には、マイクロクラックが発生しやすいため、巨視的欠陥を完全に排除した単結晶を得るには至っていない。しかしながら、クラックはc面に平行に入るため、導電率の測定には大きな障害とはならない。これらの単結晶の導電率は、いずれもc軸に平行な成分が垂直な成分よりも一桁以上大きく、明確な異方性が示された。この結果、アパタイト構造中の2aサイトの酸化物イオンがc軸に沿ったチャンネル中を優先的に移動していることをが明らかとなった。また、焼結体で観察された希土類イオンの原子番号の増大に伴う導電率の著しい低下は単結晶ではみられなかった。これは伝導に関与する2aサイトの酸素イオンが6hサイトの希土類イオンに平面的に3配位されていることによるものと考えられる。
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