研究課題
基盤研究(A)
原子・分子からナノレベルまで同時にかつ高次に構造制御する手法を開発し、材料特性発現メカニズムや高次構造との相関関係の解明を行うことで、単材料で二つ若しくはそれ以上の優れた特性を同時に有する新規なセラミックス系材料の開発に成功し、以下の知見等を得た。環境負荷の大きな鉛を含まない圧電体として期待されているBi-Na-Ti-O系複酸化物セラミックスに原子分子レベルで均一混合が可能なゾルゲル化学プロセスを適用し、異方構造制御したBNT薄膜材料の創製に成功し、生成メカニズムや構造について解明した。また、多元複酸化物材料としてLi-Nb-M-O系新規化合物を開発し、原子レベルで超構造を持つこと、この異方構造に由来して電気的性質が向上することを見出した。さらに本材料を薄膜系および単結晶合成プロセスを適用し、配向性の超構造薄膜や自己組織化的に周期構造を持つ複合単結晶が得られることを初めて見出し、結晶学的な方位関係や生成メカニズムを解明した。原子レベルでの固溶制御手法を適用し、高電気伝導性のP型アルカリ遷移金属複酸化物の特性を改善した。また、新規な酸化物系を見出し、非常に低い熱伝導率を持つこと、ドーピング制御で更に特性改善が可能なことを確認し、新規な熱電変換材料としての可能性を見いだした。材料中で三次元ナノネットワーク構造を持つセラミックス材料の作製プロセスを最適化し、導電種の添加量を最小限に押さえることで任意の電気伝導性を持つ導電性構造用セラミックスという全く新しいコンセプトの材料創製に成功した。この結果、アルカリイオン伝導性を示し且つ高強度高靭性なセラミックス複合材料、電子伝導性窒化アルミニウムならびに電子伝導性ジルコニアセラミックスなど、一連の電気的高次機能化構造用セラミックスの創製に成功した。有機-無機材料を分子・ナノレベルでハイブリッド化することで、印荷応力に対する電気伝導度変化を利用して感圧センサとして機能する皮膚のようなしなやかさを持つ新規な高性能感触ナノセンサの開発に成功し、そのメカニズム、設計指針を確立した。また、本法を生体適合性材料に展開し、優れた力学的性質と安定性、生体親和性を併せ持つ人工骨セメント材料の創製に成功した。
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