| 研究課題/領域番号 |
16H06115
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
谷口 博基 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80422525)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 誘電体 / 酸化物 / シリケート / アルミネート / 強誘電性 / 焦電性 / 構造相転移 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、地球上に最も豊富に存在する酸化物形態であるシリケート及びアルミネートを用いて、革新的な機能性酸化物の新規創出に取り組むものである。地球上に存在するシリケートやアルミネート化合物は、主に酸素四面体を基本構成要素とする結晶構造を有するが、このような酸素四面体系物質における物質設計指針は未だ確立されていない。そこで本研究では、酸素四面体系物質の特徴を活かした全く新しい物質設計指針、いうなれば「酸素四面体エンジニアリング」の確立に取り組む。本研究の成果によって、優れた機能性を備えた新しいシリケート及びアルミネートが創出され、環境に優しい次世代の科学技術への道筋が切り拓かれると期待される。
本研究において、今年度はシリケート化合物として層状パイロキシン型酸化物(Bi1-xLax)2SiO5(x=0~0.1)、またアルミネート化合物として充填アルミネートゼオライト型酸化物(Ca,Sr)8[Al12O24](MoO4)2に着目して系統的な物質合成を行った。さらに合成した物質系において、基礎物性計測として粉末ｘ線回折、誘電測定、焦電測定を実施した。その結果、(Bi1-xLax)2SiO5(x=0~0.1)が、高La置換率領域において、高い温度安定性とシリケートとしてはかなり大きな誘電率を共に備えた優れた物質特性を有することを見出した。また、(Ca,Sr)8[Al12O24](MoO4)2が、全組成領域において間接型強誘電性を示すことを見出した。さらに本物質系が、焦電発電素子として高い性能を有することを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
①層状パイロキシン型酸化物
Bi2SiO5を軸として、BiサイトへのLa置換を実施した。合成に関しては、まず化学量論比で混合したBi2O3、SiO2、そしてLa2O3を、プラチナるつぼ中において1100℃で6時間過熱することで作成した溶融塩を冷水中で急冷した。それによって得たアモルファスを再度過熱することで、目的とする(Bi1-xLax)2SiO5を結晶化させて作成した。作成した試料に対して粉末x線回折を行うことで、Laに関してはBiサイトにx=0.1まで置換可能であることを明らかにした。さらにx=0.01までは強誘電性の単斜晶の構造を保つ一方で、x=0.03から構造中のSiO4四面体一次元鎖の乱れに起因した常誘電性の正方晶の構造の混在がはじまり、x=0.05以上では完全に正方晶の構造へと変化することを明らかにした。また、誘電測定の結果、(Bi1-xLax)2SiO5が2Kから600Kの広い温度領域にわたって100程度のシリケートとしてはかなり大きな比誘電率を持つことを見出した。
②充填アルミネートゼオライト型酸化物
充填アルミネートゼオライトはA8[Al12O24](XO4)2の組成式で表されるが、今年度はA=Ca,Sr、X=Moに対して系統的な物質合成と基礎物性計測による物性相図の作成、さらに焦電素子材料としての物質特性の評価を実施した。合成は一般的な固相反応法によって行った。誘電測定及び焦電測定の結果、(Ca,Sr)8[Al12O24](MoO4)2がすべての組成領域において間接型強誘電性を示すことを明らかにした。さらに、この間接型強誘電性に起因して、(Ca,Sr)8[Al12O24](MoO4)2が焦電発電材料として優れた特性を有することを新たに見出した。
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| 今後の研究の推進方策 |
①層状パイロキシン型酸化物
Bi2SiO5を軸として、異種元素置換による新規強誘電体物質系の探索を継続して実施する。具体的には、SiサイトへのAlおよびNb置換を実施する。合成は今年度同様、溶融塩の急冷によって作成したアモルファスの結晶化によって行う。得られた試料に対して、粉末Ⅹ線回折及び誘電測定等実施することで、物性相図を作成する。
②充填アルミネートゼオライト型酸化物
今年度はA=Ca,Sr、X=Sに対して系統的な物質合成と基礎物性計測による物性相図の作成、さらに焦電素子材料としての物質特性の評価を実施する。また、精密構造解析を目的として、適宜放射光Ｘ線による回折実験を実施する。さらに、焦電発電素子としての性能評価にも並行して取り組む。
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