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本申請課題では、機能性セラミック材料における欠陥の役割を解明するために、濃度・温度・雰囲気をパラメータとしたその場測定を活用し、欠陥の状態変化をダイナミック(動的)に捉えることで、動作環境下にある材料の生の欠陥情報を得ることを目的とした研究を行った。その結果、以下のことが明らかになってきた。
(1)紫外・可視吸収分光法と電気特性評価を用いて、半導体酸化物である酸化スズ(SnO_2)と酸化亜鉛(ZnO)の還元ガスに対する応答を動的に調査した結果、酸化スズでは表面の化学吸着酸素が取れる比較的早い応答と、粒内部に酸素空孔が生成することに起因する遅い応答があることがわかった。一方、酸化亜鉛では、動的な酸素空孔の生成・消滅過程は観察されず、雰囲気対する抵抗変化は主に移動度の変化に起因することが分かった。この移動度の変化は、雰囲気に応じて粒界のポテンシャル障壁の高さが変化するものと考えられた。
(2)光学測定用のチタン酸バリウム(BaTiO_3)薄膜を作製するために、チタン酸バリウムの水溶性前駆体の開発に成功した。水系ディップコート法を用いてチタン酸バリウム透明薄膜を作製する技術を確立した。
(3)水溶性前駆体を用いてドープチタン酸バリウムを合成する技術を開発した。従来法の原料である粉末に比べて原料段階での組成均一性が非常に高いという特徴があり、低温焼結・組成均一性・非常に優れたドープチタン酸バリウムが得られることが分かった。濃度を動的に変化させた結果、希土類元素であるHoをBa、Tiの両サイトに入れ分けできることがわかった。
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