ナノ構造透明チタン酸バリウムセラミックスの合成と新機能電子・光学物性の創製

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09305043
• 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) ; 宮澤 薫一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (60182010)
• キーワード: チタン酸バリウム / 高密度ゾルーゲル法 / 金属アルコキシド / 透明ゲル / ナノ結晶 / 透光性セラミックス / 低温合成 / 強誘電体

研究概要

本研究は、独自に開発した高濃度金属アルコキシドゾルゲル法により平均粒径0.1μm以下の新規電子・光学的物性を示すナノ構造透明BaTi0_3セラミックスを低温合成する方法を確立することを目的として、これまでの研究において、90℃以下の温度で10-20nmの粒子から成る高密度、透明、結晶性BaTi0_3モノリシックゲル及び透光性セラミックスの合成法を確立した。本研究課題の遂行において得られた主な成果を以下に示す。
1)高密度透明BaTi0_3ゲルの合成: 1.0mol/LのBa,Ti前駆体溶液を水蒸気を用い0℃で加水分解し、30-50℃でエージング後、90℃で乾燥することにより、透明結晶性BaTi0_3モノリシックゲルを合成する方法を確立した。
2)透明BaTi0_3乾燥ゲルの構造・形態解析: 得られた透明乾燥ゲルは10nm以下(中心径;3-5nm)の細孔を含み、その細孔は700℃以上の温度での焼成により成長し、通常の不透明セラミックスが得られる原因となっていることが明らかになった。
3)透光性BaTi0_3セラミックスの合成と特性: ある一定の加水分解条件で合成した透明結晶性BaTi0_3ゲルに含まれる細孔は、700℃以上の温度での焼成によっても成長しないことを見出した。さらに、このゲルを酸素中、1100℃で焼結することにより透光性を示すBaTi0_3セラミックス(平均粒界<1μm)の合成に初めて成功した。この透光性BaTiO_3セラミックスは通常の強誘電特性を示すことが確認されたが、その粒径依存性の詳細を究明中である。
4)希士類元素添加透明BaTi0_3乾燥ゲルの合成と発光特性: 1.0mol%のEu元素を添加した透明部分結晶性BaTi0_3ゲルの合成を行い、結晶化開始初期段階の乾燥透明ゲルがガラス発光体に匹敵する強い発光強度を示すことを見出した。現在、この発光過程の解明と光学材料への応用に関する研究を進めている。

研究成果

• [文献書誌] H.Matsuda, T. Mizushima, M. Kuwabara: "Low-Temperature Synthesis and Electrical Properties of Semiconducting BaTiO_3 Ceramics by the Sol-Gel Method with High Concentration Alkoxide Solutions"J. Ceram. Soc. Jpn.. 107・3. 290-292 (1999)
• [文献書誌] H. Matsuda, T. Kobayashi, H. Shiibashi,M.Kuwabara: "Optical Properties of Crystalline Gels of Barium Titanate System"Publ. Ceram. Soc. Jpn.. 5. 23-26 (1999)
• [文献書誌] H. Shiibashi, H. Matauda, M. Kuwabara: "Low Temperature Preparation of (Ba,Sr)TiO_3 Perovskite Phase by Sol-Gel Method"J. Sol-Gel Sci. and Technology. 16・1/2. 129-134 (1999)
• [文献書誌] T. Kobayashi, H. Matsuda, M. Kuwabara: "Shift of Optical Absorption Edge in Sol-Gel Derived Transparent BaTiO_3 Gels during Aging"J. Sol-Gel Sci. and Technology. 16・1/2. 165-172 (1999)
• [文献書誌] 桑原 誠: "透明な機能性セラミックス"まてりあ. 39・2. 79-83 (2000)
• [文献書誌] H. Matsuda, N. Kobayashi, T. Kobayashi, K. Miyazawa, M. Kuwabara: "Room-Temperature Synthesis of Crystalline Barium Titanate thin Films by High-Concentration Sol-Gel Method"J. Non-Cryst. Solids. (in press). (2000)