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大容量セラミックスコンデンサ用ランタノイド硫化物の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16360369
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 金属生産工学
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

平井 伸治  室蘭工業大学, 工学部, 教授 (10208796)

研究分担者 嶋影 和宜  室蘭工業大学, 工学部, 教授 (70005346)
太田 道広  室蘭工業大学, 特別研究員(PD)
研究期間 (年度) 2004 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
14,300千円 (直接経費: 14,300千円)
2006年度: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円)
2005年度: 4,600千円 (直接経費: 4,600千円)
2004年度: 6,000千円 (直接経費: 6,000千円)
キーワード希土類酸化物 / 誘電体材料 / 熱電材料 / 相変態 / ゼーベック係数 / 電気抵抗 / 熱伝導率 / 熱電性能指数 / 希土類硫化物 / 高誘電体材料 / 組織制御 / 不純物 / 脱酸剤
研究概要

La_2S_3やGd_2S_3のβ相は正方晶に属しており、高温でナローギャップ半導体である立方晶のγ相へと相変態する。β相では特有なサイトに存在する硫黄は酸素と置換できるため、その組成はLn_<10>S_<15-X>O_X(0≦X≦1)となる。β単相のLa_2S_3焼結体をパルス通電焼結法により作製し、比誘電率を測定したところ、500Hz〜1MHzの周波数域において常温で10^6に達する巨大な比誘電率を確認した。しかし、顕微ラマン分光分析による光学フォノンモードのソフト化は観察されず、巨大な比誘電率の発現は強誘電相に起因したものではないことが確認された。一方、酸素濃度の分布に起因するものと推定されるラマン強度の変化が観察され、誘電特性が焼結条件にも敏感であることから、導電性のあるβ相と絶縁体であるβ相の二相が存在し、粒界層コンデンサのような機構により大きな誘電率が発現するものと推定した。次に、La_2S_3やGd_2S_3のβ相は、高い融点、低い格子熱伝導と縮退半導体的な振る舞いを示し、さらに広い固溶範囲がキャリヤ濃度の最適化を可能にすることから、高温熱電材料としての可能性を調査した。従来、La_2S_3では不純物酸素がβ相を安定化するため、脱酸を目的に金属Tiの添加によりγ相の安定化がなされ、ZTは1000Kで0.21まで達している。本研究ではTiを2%まで添加したβ相においてもZTが0.21に達することを初めて見出し、この伝導機構がアンダーソン局在に由来するものと考察した。また、β相が存在しないGd_2S_3については、キャリア濃度の最適化を図るためにGdHxを添加したところ、ZTはGdS_<1.50>の0.04からGdS_<1.43>の0.15まで増加することを明確にした。最後に、従来の希土類酸化物のCS_2ガス硫化法に対し、NH_4SCNの分解ガスによる硫化を試み、La_2S_3とGd_2S_3において不純物酸素の含有量は不変であったものの、不純物炭素の大幅な低減を可能にした。このγ単相のGd_2S_3焼結体では、焼結体の多孔質化により熱電能と電気抵抗が増加したが、これらの細孔は真空加熱により次第に消滅することを確認された。

報告書

(4件)
  • 2006 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2007 2006 2005 2004

すべて 雑誌論文 (32件)

  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of Th_3P_4-type rare-earth sulfides Ln_2S_3 (Ln=Gd,Tb) prepared by reaction of their oxides with CS_2 gas2007

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, H.Yuan, S.Hirai, Y.Yajima, T.Nishimura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      J. Alloy and Compounds (印刷中)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of Th_3P_4-type rare-earth sulfides Ln_2S_3 (Ln=Gd, Tb) prepared by reaction of their oxides with CS_2 gas2007

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, H.Yuan, S.Hirai, Y.Yajima, T.Nishimura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      J.Alloy and Compounds (in press)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of Th_3P_4-type rare-earth sulfides Ln_2S_3 (Ln=Gd, Tb) prepared by reaction of their oxides with CS_2 gas2007

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, H.Yuan, S.Hirai, Y.Yajima, T.Nishimura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      J.Alloy and Compounds (印刷中)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Synthesis of La_2S_3 Thin Films by Sulfurization of LaCl_3 and CS(NH_2)_2, Materials Transaction2006

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, H Asahi, T.Nishimura, Y.Uemura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Metal Transactions 47巻6号

      ページ: 1436-1439

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Non-Stoichiometry on Thermoelectric Properties of γ-Tb_2S_<3-x>2006

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, T Mori, Y.Yajima, T.Nishimura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      J. Alloy and Compounds 418巻

      ページ: 209-212

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Th_3P_4型希土類硫化物NdGdS_3の熱電特性2006

    • 著者名/発表者名
      太田道広, 堀口 恭, 平井伸治
    • 雑誌名

      第3回日本熱電学会学術講演会論文誌

      ページ: 40-41

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Formation of Al-Si Composite Oxide Films on Aluminum by Electrophoretic Sol-Gel Coating/Anodizing2006

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, M.Sunada, T.Kikuchi, M.Sakairi, S.Hirai
    • 雑誌名

      Passivation of Materials and Semiconductors, and Thin Oxide Layers

      ページ: 685-690

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Synthesis of La_2S_3 Thin Films by Sulfurization of LaCl_3 and CS(NH_2)_2, Materials Transaction2006

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, H.Asahi, T.Nishimura, Y.Uemura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Metal Transactions 47 [6]

      ページ: 1436-1439

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Non-Stoichiometry on Thermoelectric Properties of γ-Tb_2S_<3-x>2006

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, T.Mori, Y.Yajima, T.Nishimura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      J.Alloy and Compounds 418

      ページ: 209-212

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Th_3P_4 type Rare-Earth Sulfide : NdGdS_32006

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, Y.Horiguchi, S.Hirai
    • 雑誌名

      J.The Thermoelectrics Society of Japan 3

      ページ: 40-41

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Synthesis of La_2S_3 Thin Films by Sulfurization of LaCl_3 and CS(NH_2)_2, Materials Transaction2006

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, H.Asahi, T.Nishimura, Y.Uemura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Metal Transactions 47巻6号

      ページ: 1436-1439

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of Non-Stoichiometry on Thermoelectric Properties of γ-Tb_2S_<3-X>2006

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, T.Mori, Y.Yajima, T.Nishimura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      J.Alloy and Compounds 418巻

      ページ: 209-212

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Phase Transformation and Microstructures of Ln_2S_3 (Ln=La, Sm) with Different Impurities Content of Oxygen and Carbon2006

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, Z.Ma, T.Nishimura, Y.Uemura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds 408-412

      ページ: 551-555

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Lanthanum Sesquisulfide with Ti Additive2005

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, H.Kato, T.Nishimura, Y.Uemura
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 87[4]

    • NAID

      120000802054

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] ランタノイド硫化物2005

    • 著者名/発表者名
      平井伸治
    • 雑誌名

      表面技術 56巻1号

      ページ: 22-23

    • NAID

      10014359766

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Preparation of Silk-Hydroxyapatite Composite and the Evaluation2005

    • 著者名/発表者名
      A.Kaneko, S.Hirai, M.Ohta, Y.Tamada, M.Uo, T.Ohichi
    • 雑誌名

      Archives of Bio Ceramics Research 5

      ページ: 294-297

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Lanthanoid Sulfides2005

    • 著者名/発表者名
      S.Hirai
    • 雑誌名

      J. The Surface Finishing Society of Japan 56 [1]

      ページ: 22-23

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of Silk-Hydroxyapatite Composite and the Evaluation2005

    • 著者名/発表者名
      A.Kaneko, S.Hirai, M.Ohta, Y.Tamada, M.Uo, T.Ohichi
    • 雑誌名

      Archives of BioCeramics Research 5

      ページ: 294-297

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要 2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Lanthanum Sesquisulfide with Ti Additive2005

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, H.Kato, T.Nishimura, Y.Uemura
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 87・4

    • NAID

      120000802054

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Phase Transformation from Tetragonal-Phase to Cubic-Phase Due to Addition of Titanium in Lanthanum Sesquisulfide2004

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, S.Morita, T.Nishimura, Y.Uemura
    • 雑誌名

      J. Alloys and Compounds 374

      ページ: 116-119

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of R_2S_3 (R : La,Pr,Nd,Sm) Powders by Sulfurization of Oxide Powders Using CS_2 Gas2004

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, H.Yuan, S.Hirai, Y.Uemura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      J. Alloy and Compounds 374

      ページ: 112-115

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preaparation of Terbium Sesquisulfide and Holmium Sesquisulfide by Sulfurization of Their Oxide Powders Using CS_2 Gas2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Haibin, M.Ohta, S.Hirai, T.Nishimura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Journal of Rare Earths 22 [6]

      ページ: 759-762

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Phase Transformation from Tetragonal-Phase to Cubic-Phase Due to Addition of Titanium in Lanthanum Sesquisulfide2004

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, S.Morita, T.Nishimura, Y.Uemura
    • 雑誌名

      J.Alloys and Compounds 374

      ページ: 116-119

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation of R_2S_3 (R : La, Pr, Nd, Sm) Powders by Sulfurization of Oxide Powders Using CS2 Gas2004

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, H.Yuan, S.Hirai, Y.Uemura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      J.Alloy and Compounds 374

      ページ: 112-115

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preaparation of Terbium Sesquisulfide and Holmium Sesquisulfide by Sulfurization of Their Oxide Powders Using CS_2 Gas2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Haibin, M.Ohta, S.Hirai, T.Nishimura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      J.Rare Earths 22[6]

      ページ: 759-762

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2006 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparations of Terbium Sesquisulfide and Holmium Sesquisulfide by Sulfurization of Their Oxide Using CS_2 Gas2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Haibin, M.Ohta, S.Hirai, T.Nishimura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Journal of Rare Earths 22巻6号

      ページ: 759-762

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Phase Transformation from Tetragonal-Phase to Cubic-Phase Due to Addition of Titanium in Lanthanum Sesquisulfide2004

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, S.Morita, T.Nishimura, Y.Uemura
    • 雑誌名

      J.Alloys and Compounds 374巻

      ページ: 116-119

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Synthesis and Sintering of Europium Sulfides and Ytterbium Sulfide2004

    • 著者名/発表者名
      H.Yuan, M.Ohta, S.Hirai, K.Shimakage, T.Nishimura
    • 雑誌名

      Int.Sympo.on Inorganic and Environmental Materials 2004 (ICIEM2004)

      ページ: 33-33

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Absorption and Emission of CO_2 Gas Using Li_2ZrO_3 Powder Prepared by Sol-Gel Process2004

    • 著者名/発表者名
      Y.Yoshimura, M.Ohta, S.Hirai, H.Asahi, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Int.Sympo.on Inorganic and Environmental Materials 2004 (ICIEM2004)

      ページ: 94-94

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Hydroxyapatite Coating on Silk Fabric by the Sol-Gel Process2004

    • 著者名/発表者名
      S.Hirai, M.Ohta, S.Yokoi, Y.Tamada, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Int.Sympo.on Inorganic and Environmental Materials 2004 (ICIEM2004)

      ページ: 95-95

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Preparation of R_2S_3 (R:La,Pr,Nd,Sm) Powders by Sulfurization of Oxide Powders Using CS_2 Gas2004

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, H.Yuan, S.Hirai, Y.Uemura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds 374巻

      ページ: 112-115

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Thermoelectric Properties of Titanium-, Zirconium-, Hafnium-, and Alkali-Metal-Doped Lanthanum Sesquisulfides with Th_3P_4 Type Structure2004

    • 著者名/発表者名
      M.Ohta, S.Hirai, Z.Ma, T.Nishimura, Y.Uemura, K.Shimakage
    • 雑誌名

      Proceedings of the 23rd International Conference on Thermoelectrics

      ページ: 148-148

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書

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公開日: 2004-04-01   更新日: 2016-04-21  

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