オパール構造膜を利用した大容量複合誘電体ナノキューブ配向集積セラミックスの開発

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K15039
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26030:複合材料および界面関連
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 上野 慎太郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40647062)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: ナノ結晶 / 誘電材料 / 形態制御 / ソルボサーマル法 / 複合材料 / コア-シェル構造

研究成果の概要

大容量複合誘電体セラミックスの構成要素であるBaTiO3 (core)-KNbO3 (shell)複合ナノキューブ粒子は、"濃厚溶液系"での合成により得られる均一な非修飾BaTiO3ナノキューブに対し、KNbO3 shell層をエピタキシャルに液相成長させ調製した。オパール構造膜による集積では一部で配向したナノキューブが観察されたが、凝集が課題となったため、相分離を利用した集積法を確立し、相対密度が75%以上の集積体を得ることに成功した。またBaTiO3-KNbO3複合ナノキューブ集積体は、BaTiO3ナノキューブ単独の集積体に比べ2倍以上の比誘電率を示すことも明らかとなった。

自由記述の分野

無機材料科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

当該研究課題は新規大容量セラミックキャパシタ材料を開発することであり、既存の高比誘電率材料がエピタキシャル界面を介して接合したBaTiO3 (core)-KNbO3 (shell)複合ナノキューブの合成法を実現し、そのエピタキシャル界面で高い誘電特性が発現することを明らかにした。また新たに確立した相分離による集積法は、これまでにない高い相対密度の集積体の作製を可能とし、常温下で緻密なセラミックスの作製に繋がる成果が得られた。もしこの低温緻密化技術が発展すれば、セラミックス産業における大規模な省エネルギー化や低炭素化に貢献できるものと考える。