1997 年度実績報告書

ナノ構造透明チタン酸バリウムセラミックの合成と新機能電子・光学物性の創製

研究課題

研究課題/領域番号	09305043
研究種目	基盤研究(A)
研究機関	東京大学
研究代表者	桑原誠東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)
研究分担者	松田弘文東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (00282690)
キーワード	チタン酸バリウム / ゾルゲル法 / ナノ構造透明セラミックス / 光学特性 / サイズ効果 / モノリシックゲル / 細孔分布 / バンドギャップ
研究概要	平均粒径0.1μm以下ナノ構造透明BaTiO_3セラミックスを低温合成し、そのセラミックの電子・光学的物性を評価すると共に、その合成プロセスを詳細に解明することを目的として、以下の項目を中心とした実験研究を遂行中である。それぞれの項目に対し、これまでに得られた成果を記す。 1)Ba,Tiアルコキシド高濃度溶液の作製と高濃度化機構の解明:Ba(OC_2H_5)_2、Ti(OCH(CH_3)_2)_4を用い、溶媒としてCH_3OH/CH_3OC_2H_4OH=(モル比=6/4)の混合溶媒を用いると室温で1.2mol/Lに達する高濃度溶液が得られることを見いだしているが、高級アルコールには単一溶媒でも1.5mol/L以上の高い溶解性を示すことを見いだした。これらの高濃度化溶媒機構について現在究明中である。 2)水蒸気加水分解ゾル溶液の不透明-再透明化現象の機構及びゲルの結晶化機構の解明:X線吸収微細構造解析法を用い、ゲルの結晶化機構を明らかにした。即ち、ゲル化直後の非晶質ゲルはTiO_x(OH)_y(OR)_z-Ba(x+y+x=6)クラスターを基本構造単位としており、それらがエージング過程において脱アルコール及び脱水縮合反応の進行によりBa-TiO_6ゲル骨格の形成と成長が進展し、最終的に中間生成物を経由することなく、非晶質相から直接結晶相が生成することを明らかにした。 3)高密度透明BaTiO_3ゲルの光学的特性の測定と評価:透明非晶質ゲルは可視光の全波長領域で高い透光性を示し、BaTiO_3結晶に対するものよりかなり超波長側に明確な光吸収端を示した。この原因については現在解明中である。 4)BaTiO_3ゲルの急速加熱による緻密化機構とセラミックスの不透明化機構の解明:ゲルの熱処理による不透明化過程を細孔分布測定装置を用いて解析した。その結果、ゲル内の細孔径の増大と分布の拡大が不透明化の主要因であるという結論が得られた。 5)得られた透明BaTiO_3セラミックスの基本的電子及び光学的物性の測定と評価:光吸収端の測定から、ナノサイズ透明結晶性BaTiO_3ゲルのバンドギャップは、バルク結晶のそれより大きいことが判明した。これは明らかに結晶のサイズ効果に起因すると考えられるが、現在電子物性測定及び他の光学的測定と併せてその機構を解明中である。

研究成果
(6件)

すべてその他

すべて文献書誌 (6件)

[文献書誌] M.Kuwabara, H.Matsuda, K.Hamamoto: "Differential Negative Resistance and Piezoresistivity in thin Semiconducting BaTiO_3 Ceramic Bars" J.Am.Ceram.Soc.80・10. 1881-1884 (1997)
[文献書誌] M.Kuwabara, N.Kurata E.Matsuyama: "Shift of the Curie Point of Barium Titanate Ceramics with Sintering Temperature" J.Am.Ceram.Soc.81・7. 2590-2596 (1997)
[文献書誌] Matuda, K.Hamamoto M.Kuwabara: "Stress Induced Resistivity Anomoly in Semiconducting BaTiO_3 Ceramic Wire" J.Am.Ceram.Soc.80・1. 229-232 (1998)
[文献書誌] H.Shimooka, T.Miyabe, M.Kuwabara, et al.: "Synthesis and Densification of Transparent,Partilly-Crystallized BaTiO_3 Monolithic Gels Sol-Gel Method" Proc.of Sol-Gel Workshop. (印刷中).
[文献書誌] H.Matsuda, T.Kobayashi, M.Kuwabara, et al.: "Structural Effects on Optical Properties of Sol-Gel Derived Transparent Monolithic BaTiO_3 Gel" Proc.of Electroceramics in Japan. (印刷中).
[文献書誌] 下岡弘和, 桑原誠: "ゾルゲル法によるチタン酸バリウムモノリシックゲルの局所構造と室温結晶化機構" J.Ceram.Soc.Jpn.105・9. 811-814 (1997)

1997 年度 実績報告書

ナノ構造透明チタン酸バリウムセラミックの合成と新機能電子・光学物性の創製

研究代表者

桑原 誠 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)

研究成果

[文献書誌] M.Kuwabara, H.Matsuda, K.Hamamoto: "Differential Negative Resistance and Piezoresistivity in thin Semiconducting BaTiO_3 Ceramic Bars" J.Am.Ceram.Soc.80・10. 1881-1884 (1997)

[文献書誌] M.Kuwabara, N.Kurata E.Matsuyama: "Shift of the Curie Point of Barium Titanate Ceramics with Sintering Temperature" J.Am.Ceram.Soc.81・7. 2590-2596 (1997)

[文献書誌] Matuda, K.Hamamoto M.Kuwabara: "Stress Induced Resistivity Anomoly in Semiconducting BaTiO_3 Ceramic Wire" J.Am.Ceram.Soc.80・1. 229-232 (1998)

[文献書誌] H.Shimooka, T.Miyabe, M.Kuwabara, et al.: "Synthesis and Densification of Transparent,Partilly-Crystallized BaTiO_3 Monolithic Gels Sol-Gel Method" Proc.of Sol-Gel Workshop. (印刷中).

[文献書誌] H.Matsuda, T.Kobayashi, M.Kuwabara, et al.: "Structural Effects on Optical Properties of Sol-Gel Derived Transparent Monolithic BaTiO_3 Gel" Proc.of Electroceramics in Japan. (印刷中).

[文献書誌] 下岡弘和, 桑原誠: "ゾルゲル法によるチタン酸バリウムモノリシックゲルの局所構造と室温結晶化機構" J.Ceram.Soc.Jpn.105・9. 811-814 (1997)

1997 年度実績報告書

桑原誠東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40039136)