チタン酸バリウムナノ結晶のエピタキシャル結合現象を用いた単結晶ピラーの合成と特性

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19206070
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 桑原 誠 九州大学, 大学院・総合理工学研究院, 教授 (40039136)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• キーワード: チタン酸バリウム / ナノ結晶 / エピタキシャル結合 / 強誘電体 / メソクリスタル / ソルボサーマル / ゾル-ゲル / ペロブスカイト化合物

研究概要

本研究は、チタン酸バリウム(BaTiO_3:以下、BTO)ナノ結晶粒子(<10nm)が水熱条件下でエピタキシャル結合(粒子同士が3次元的に結晶方位を揃えて結合する)を起こす現象の確認と、その現象を利用したSrTiO_3(STO)単結晶基板へのBTOナノ結晶エピタキシャル薄膜(及びピラー)の作製を目的としたものである。主要な成果として、(1)水/エタノール系加熱条件下(150℃)でBTOナノ結晶を合成すると数100個のBTO結晶(20-50nm)がエピタキシャル結合した凝集体が得られること、(2)電気泳動堆積(EPD)法によりSTO基板上に作製したBTOナノ結晶粒子薄膜を大気中600℃以上で熱処理するとBTOナノ結晶エピタキシャル薄膜が得られること、及び(3)EPD法で作製した5-10nm-BTOナノ結晶薄膜のKOH熱水処理(150℃)によるエピタキシャル薄膜化(単結晶化)の可能性を示す結果が得られた。これらの結果より、BTO結晶のエピタキシャル結合現象を用いた単結晶ピラーの合成が可能であることを確認することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Preparation of barium titanate nanoparticle thin films by the electrophoretic deposition method using polyacrylic acid as a charge-compensating agent (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Arimura, T. Makino, K. Fujiyoshi, M. Kuwabara
  • 雑誌名: Key Eng.Mater. ページ: 412-422, 510-513
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-Dimensional TEM Tomography Analysis of Epitaxially Assembled Perovskite Oxide Nanocrystalline Particles (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Iwaji, H. Takebe, M. Kuwabara
  • 雑誌名: Key Eng.Mater. 388 ページ: 127-130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrophoretic deposition of BaTiO_3 films on a Si substrate coated with conducting polyaniline layers (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Q. Wang, M. Kuwabara
  • 雑誌名: J.Eur.Ceram.Soc. 28 ページ: 101-108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Moldless micropatterning of BaTiO_3 nanoparticles via electrophoretic deposition : A simple and feasible method (2008)
  • 著者名/発表者名: J. Q. Wang, M. Kuwabara
  • 雑誌名: J.Electroceram. (pub. online)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and analysis of nanocrystalline BaTiO_3 thin films on (001) SrTiO_3 : Nb substrates by electrophoretic deposition (EPD) (2008)
  • 著者名/発表者名: E. Hayashi, Y. Moriura, M. Kuwabara
  • 雑誌名: Proc. 25^<th> Korea-Japan Int. Seminar on Ceram., Kangrung, Korea Nov. 19-20 ページ: 333-336
• [雑誌論文] Epitaxial Assembly Involved in Growth of BaTiO_3 Nanocrystals under Hydrothermal Condition (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Iwaji, R. Tanaka, M. Kuwabara
  • 雑誌名: Jpn.J. Appl.Phys. 46 [17] ページ: L402-L404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sedimentation of barium nanoparticles in a suspension under application of an electric field (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Arimura, T. Makino, K. Fujiyoshi, Y. Yamashita, M. Kuwよabara
  • 雑誌名: Key Eng.Mater. 350 ページ: 11-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallinity of barium titanate nanoparticles synthesized by sol-gel method (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Makino, M. Arimura, K. Fujiyoshi, Y. Yamashita, M. Kuwabara
  • 雑誌名: Key Eng.Mater. 350 ページ: 31-34
  • 査読あり
• [雑誌論文] The State and Optical Properties of Crystalline BaTiO_3 Nnoparticles Dispersed in Various Suspension Media (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Koyama, S. Murakami, N. Iwaji, H. Takebe, M. Kuwabara
  • 雑誌名: Key Eng.Mater. 350 ページ: 51-54
  • 査読あり
• [学会発表] セラミックス巨大電子物性-粒界からナノクリスタルへ- (2009)
  • 著者名/発表者名: 桑原誠
  • 学会等名: 日本セラミックス協会年会
  • 発表場所: 野田
  • 年月日: 20090000
• [学会発表] ペロブスカイト結晶におけるエピタキシャル凝集とその機構 (2008)
  • 著者名/発表者名: 桑原誠
  • 学会等名: 日本セラミックス協会、秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] 電気泳動電着法を用いたチタン酸バリウムナノ粒子誘電体薄膜の作製日本セラミックス協会 (2008)
  • 著者名/発表者名: 有村雅司, 牧野晃久, 藤吉国孝, 桑原誠
  • 学会等名: 秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] 電気泳動電着法による (001) SrTiO_3 : Nb基板上へのBaTiO_3ナノ結晶薄膜の作製と評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 林英里奈, 森浦祐太, 桑原誠
  • 学会等名: 秋季シンポジウム
  • 発表場所: 北九州
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Synthesis of Nanosphere Phosphor Particles Using an Ion-exchange-polymer/Water/Oil Emulsion Method (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Sano, S. Harada, M. Shimizu, M. Kuwabara
  • 学会等名: AMEC-6, Tsukuba
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] Fabrication and analysis of nanocrystalline BaTiO_3 thin films on (001)SrTiO_3 : Nb substrates by electrophoretic deposition (EPD) (2008)
  • 著者名/発表者名: E. Hayashi, Y. Moriura, M. Kuwabara
  • 学会等名: 25^<th> Int. Korea-Japan Seminar on Ceram
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] (2008)
  • 著者名/発表者名: 森浦祐太, 羽田肇, 大橋直樹, 桑原誠
  • 学会等名: 第47回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20080000
• [学会発表] ペロブスカイト酸化物ナノ結晶粒子におけるエピタキシャル結合を伴う結品成長過程 (2007)
  • 著者名/発表者名: 岩地直樹, 武部博倫, 桑原誠
  • 学会等名: 日本セラミックス協会、第20回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] ナノクリスタルセラミックスプロセスによるスーパーセラミックスの創製 (2007)
  • 著者名/発表者名: 桑原誠
  • 学会等名: 日本セラミックス協会、第20回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] A Novel and Feasible Method for Micropatterning of BaTiO_3 Nanoparticles via Electrophoretic Deposition Technique (2007)
  • 著者名/発表者名: J. Wang, M. Kuwabara
  • 学会等名: 第20回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Epitaxial Assembly Involved in Growth of BaTiO_3 and CaTiO_3 Nanocrystals under Hydrothermal Condition (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Kuwabara, N. Iwaji
  • 学会等名: MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] TEM Investigation of Epitaxial Assembly in Aggregates of BaTiO_3 and CaTiO_3 Nanocrystalline Particles Synthesized under Hydrothermal Conditions (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Iwaji, H. Takebe, M. Kuwabara
  • 学会等名: MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 20070000
• [学会発表] Three-Dimensional TEM Tomography Analysis of Epitaxially Assembled Perovskite Oxide Nanocrystalline Particles (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Iwaji, H. Takebe, M. Kuwabara
  • 学会等名: 第27回エレクトロセラミックス討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20070000
• [産業財産権] ペロブスカイト酸化物薄膜の製造方法及びペロブスカイト酸化物薄膜 (2008)
  • 発明者名: 桑原誠, 吉野隆史, 林英里奈
  • 権利者名: 九州大学、日本ガイシ (株)
  • 産業財産権番号: 特願2008-235302
  • 出願年月日: 2008-09-12