ペロブスカイト型希土類アルミネートにおける相変態の制御

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10136207
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 堀内 弘之 弘前大学, 教育学部, 教授 (80029892)
• 研究分担者: 宍戸 統悦 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (50125580)
• キーワード: ペロブスカイト / 希土類アルミネート / 構造相転移 / 相平衡 / 結晶構造 / X線回折 / 構造制御 / 希土類ガレート

研究概要

ペロブスカイト型構造を示す珪酸塩は地球下部マントルにおける主要鉱物の一つとみなされており、その結晶構造の詳細な知見は地球深部物質を理解する上でも重要な情報である。本研究ではペロブスカイト相の結晶構造変化に及ぼすいろいろな要因のうち、特に温度、A、Bイオンの組み合わせに着目して、その結晶構造の系統的変化に着目し、その変化を制御すること、ペロブスカイト型相の高温高圧下での構造変化をシミュレートし相平衡の様式を予測すること、さらには、この構造変化に特徴的な変位型構造相転移のメカニズムを解明することをも目標とした。本実験で用いた方法は、主として高温下に於ける様々な方法による試料の創成とX線回折による構造解析、熱分析による相転移観察である。これらの成果により、室温においてはペロブスカイト型固溶体(Ndx,S_<m1-x>)AlO_3ではx=0.73付近を境として菱面体格子と斜方格子に構造が分かれることが分かった。さらに、置換量xと相転移温度との関係を明らかにすることによって、この相ではわずかxを0.01変化させることによって、相転移温度が35℃も変化すること、これはイオン半径変化の僅か10^<-4>nmに対応することが明らかになった。このように、イオン半径を適切に選択することによって構造相転移温度を任意にしかも微妙に制御できるという興味深い事実が見出された。また、結晶構造中でのイオン半径の変化は見かけ上温度圧力の変化に対応するとの考察により、希土類アルミネートペロブスカイトでは、温度圧力下では斜方晶系、三方晶系(菱面体格子)、立方晶系間の相平衡が存在し得るという可能性を提唱した。一方RGaO3では希土類元素Rの全領域にわたり斜方格子であるが、その格子形状の綿密な考察により、RGaO_3の結晶構造はRAlO_3の結晶構造を更に高圧側にシフトさせた構造の特徴を示すであろうことを示した。

研究成果

• [文献書誌] Akira Yoshikawa: "Orthorhombic to trigonal phase transition of perovskite-type(Nd_x,Sm_<1-x>)AlO_3" Journal of Alloys and Compounds. 266. 104-110 (1998)
• [文献書誌] 宍戸統悦: "銅ハース水平移動式アーク溶融法によるペロブスカイト型CeMO_3(M=Al,Ga)の合成、ミクロ組織および結晶構造" 日本セラミックス誌学術論文誌. 106. 509-513 (1998)
• [文献書誌] Hiroyuki Horiuchi: "Phase transition in(Nd_x,Sm_<1-x>)AlO_3 : Structural behavior characterized by ionic radius and temperature" Proceedings of PRICM 3rd The Minerals,Metals & Materials Society. 1417-1422 (1998)
• [文献書誌] Akihiro Saitow: "Structural change caused by substitution of Nd for Sm in(Nd,Sm)AlO_3 Application of synchrotron high-resolution powder X-ray diffraction" Journal of Applied Crystallography. 31. 663-671 (1998)
• [文献書誌] Toetsu Shishido: "Electric resistively,oxidation resistivity and hardness of single crystal compounds in the Er-Rh-B system." Journal of Alloys and Compounds. 280. 65-70 (1998)
• [文献書誌] Shigeru Okada: "Growth conditions,electrical resistivity,micorhardness and thermal properties of Nb_5Sn_2Ga single crystals synthesized from high-temperature tin solutions." Journal of Alloys and Compounds. 281. 160-162 (1998)
• [文献書誌] Toetsu Shishido: "Chemical state and properties of the Nb_5Sn_2Ga grown by the self-component flux method using tin as a solvent." Journal Alloys and Compounds. 281. 196-201 (1998)
• [文献書誌] 堀内弘之: "ペロブスカイト型希土類アルミネートにおける相変態の制御" 平成9年度科研費重点領域研究「材料組織制御をめざした相変態の微視的機構の解明」研究成果報告書. 134-135 (1998)
• [文献書誌] 堀内弘之: "複合酸化物ペロブスカイト相の陽イオン種置換、温度変化に伴う構造変化、構造相転移の研究" 平成9年度科研費重点領域研究「材料組織制御をめざした相変態の微視的機構の解明」ニューズレター. No.4. 42-45 (1998)
• [文献書誌] 堀内弘之: "希土類イオン置換によるペロブスカイト型構造相転移のシミュレーション" 平成9年度東北大学研究部共同利用報告書. 185-186 (1998)
• [文献書誌] 宍戸統悦: "Pr-Rh-B系化合物の合成と評価" 第43回人工結晶討論会講演要旨集. 2A-4 (1998)
• [文献書誌] 堀内弘之: "ペロブスカイト型ABO_3(A=Sr,Ba,B=Ce,Pr)の結晶格子の解析" 第10年度日本結晶学会講演要旨集. 講演要旨PA-6 (1998)
• [文献書誌] Toetsu Shishido: "XPS and magnetic measurements for perovskite-type HoRh_3B." Japanese Journal of Applied Physics. 283. 91-94 (1999)
• [文献書誌] Toetsu Shishido: "Molten metal flux growth and characterizations of a new compound PrRh_<4.8>B_2single crystals." Journal of Alloys and Compounds. 283. 133-138 (1999)
• [文献書誌] 堀内弘之: "ペロブスカイト型固溶体Ba(Ce,Tb)O3,Ba(Pr,Tb)O3の合成と構造" 日本化学界第76回春季年会講演要旨集. 2E143 (1999)
• [文献書誌] Shigeru Okada: "Crystal growth,electrical resistivity,microhardness and thermal properties of PrRh_<4.8>B_2 single crystals synthesized from high-temperature copper solutions." Japanese Journal of Applied Physics. (出版中). (1999)
• [文献書誌] 宍戸統悦: "ペロブスカイト型化合物ScRh_3B_xのB量変化と硬度、耐酸化性の関係" 日本セラミクス協会誌. (出版中). (1999)
• [文献書誌] Hiroyuki Horiuchi: "Phase transition of(Nd,Sm)AlO_3" Abstract of the Int.Conf.Solid-Solid Phase Transformations '99(PTM '99),Kyoto. (予定). (1999)
• [文献書誌] Hiroyuki Horiuchi: "Structure change and phase transition of perovskite-type ABO_3 due to the ionic substitution." Abstract of the Int.Conf.of Crystallogr.(IUCr '99),U.K.(予定). (1999)
• [文献書誌] 宍戸統悦: "不定比ペロブスカイト型化合物YRh_3B_x、YRh_3B_x及びYRh_3B_×C_<1-x>のBまたはC量xの変化に伴う格子定数の変化" 日本セラミクス協会誌. 107(印刷中). (1999)