| 研究課題/領域番号 |
18K04749
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
園山 範之 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50272696)
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| 研究分担者 |
今西 誠之 三重大学, 工学研究科, 教授 (20223331)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 層状複水酸化物 / 酸素欠陥 / バンドギャップ / SPR-KKR |
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| 研究実績の概要 |
合成が容易でMg, Al等から成る汎用材料である層状複水酸化物（LDH）を前駆体に用いて、ワイドバンドギャップ半導体を作成することを目的に研究を行った。Mg-Al酸化物固溶体を還元焼成する時に、酸素脱離・電子導入を誘起し、本来絶縁体であるMg-Al酸化物に導電性を付与させる。
この材料の電子、電気化学材料への展開を目的として本年度は以下の様な研究を行った。
1．Mg-Al LDH焼成体の構造・バンドギャップ変化：Mg-Al LDH焼成体の構造とバンドギャップを焼成温度・雰囲気を変化させて、調査した。X線回折測定から、回折ピークは非常にブロードであるが、同じパターンを示したため、焼成体の構造は温度・雰囲気によらず同一であり、酸化マグネシウムと同一の岩塩型を有することが明らかになった。一方、バンドギャップは温度・環境の影響を受け、真空下高温で焼成した試料ほどバンドギャップが低下する傾向が見られ、真空下800℃の条件で焼成した試料は薄い青色を呈した。このことはMg-Al LDHは高温・還元雰囲気で焼成することにより比較的容易に酸素が脱離して電子状態が変化することを示唆している。
2．Mg-Al LDH焼成体の電子状態計算：上記の結果から得られた示唆を確認する目的でMg-Al LDH焼成体の電子状態計算を行った。Mg-Al LDH焼成体は、岩塩というシンプルな構造を有しているが、カチオンサイトにはMgとAl、さらに陽イオン欠陥がランダムに分布している。さらに、アニオン欠陥も導入して計算する必要があるため通常の第一原理計算プログラムで計算を行うのは困難である。そのため、固溶体計算を精密に行うことが出来るSPR-KKR法を用いて計算を行った。その結果、定量性は不明ながら酸素欠損の導入により電子状態変化・バンドギャップの減少が見られ、実験結果を定性的に確認することが出来た。
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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
当初の計画通り、焼成条件を変えて、バンドギャップとの相関を明らかにし、計算により両者の相関を明らかにすることが出来た。組成を変えた実験はまだ行っていないが、今後順次行っていく予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
LDHは多くの種類の二価イオンと三価または四価イオンを用いて合成することができる。これらの多くの焼成体からも還元焼成により電子導入可能な物質が存在していると期待できる。そこで様々な組み合わせの二価イオン（Ca, Sr, Ga, Zn,）、三価または四価イオン（Ti, Y）を用いてLDHを作成し、還元焼成により酸素脱離可能な試料の探索を行う予定である。得られた酸素脱離試料の構造・電子状態を回折法とXAFS測定を用いて明らかにし、同時に電子導電性を評価して、構造・電子状態と物性の相関を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は主に計算を行っていたため、実験系消耗品費の使用額が低かった。これらの実験は、残りの期間に行う予定のため、予算を繰り越した。
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