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2014 年度 実績報告書

強誘電体ナノプレートを利用した高性能ナノピラー型マルチフェロイック材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 26289275
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

小舟 正文  兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90240960)

研究分担者 菊池 丈幸  兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50316048)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード結晶・組織制御 / マルチフェロイック材料 / 電気磁気効果 / 交差相関性
研究実績の概要

本研究は強誘電性と磁性間の電気磁気効果を利用して動作する電源不要の各種(磁気、回転数、流量、位置)センサデバイスやスマートフォン等の待機電力補充用給電素子を実現するためのマルチフェロイックデバイスの開発を目的としている。本年度は理想的なナノピラー型強誘電体-強磁性体ナノ周期構造を有する複合材を作製するため、大きな空隙率をもつ強誘電体ナノプレートの至適なスパッタ作製条件(スパッタガス圧; 0.4-5.0 Pa)の検討を行った。得られたナノプレートを複合材の強誘電体テンプレートに用い、溶液プロセスによりその空間への強磁性体微粒子導入も検討した。得られた研究成果は以下の通りである。
(1) 高温スパッタ法により650℃、0.4-5.0 Paの条件でNb:TiO2(101)基板上に高度にa/b軸配向した膜厚2.3μmの(Bi3.25Nd0.65Eu0.10)Ti3O12(BNEuT)ナノプレートの作製に成功した。
(2) 本研究で得られたナノプレートは、高配向性 (a/b軸配向率、(h00)/(0k0) = 92.9-98.3%)及び高結晶性 [(200)/(020)回折反射の半価幅(FWHM)、0.21-0.46°]を有することを見出した。
(3) 残留分極(2Pr)と斜方晶歪[2(a-b)/(a+b)]のスパッタガス圧依存性から、0.4 Paのとき大きな2Pr = 66μC/cm2と2(a-b)/(a+b) = 0.0017を得た。
(4) BNEuTナノプレートはH2O2中で150℃、24 h水熱処理することで超親水性表面を得た。これにイソプロピルアルコールを溶媒とするFe3O4強磁性体微粒子(粒子径; 8-10 nm)/コロイダルシリカ混合溶液を滴下した後、100-150℃、30 minの条件で真空乾燥して緻密膜を得た。断面TEM観察によりナノ空間への強磁性体の導入を確認した。

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

当初の予定通り、合成実験が順調に推移したため、ほぼ計画通りの研究成果を得ることができた。水溶液法による強誘電体ナノプレート空隙への強磁性体微粒子の導入実験は、導入を確認したけれども高密度充填という目標に対してはいまだ十分とは言えない。本年度はMOCVD法を利用した強磁性体微粒子の導入も並行して検討する予定である。

今後の研究の推進方策

本年度はMOD法による水溶液法を利用した強磁性体微粒子の導入を進展させる。それと並行してMOCVD法を利用した強磁性体微粒子導入の実験にも取り組み、目標の達成を加速させる。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Effects of Deposition Temperature on Characteristics of Ferroelectric Sr2Bi4Ti5O18 Nanoplates Fabricated by RF Sputtering2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kobune, S. Ueshima, Y. Kaneko, T. Kugimiya, T. Kuriyama, T. Kikuchi, H. Fujisawa, S. Nakashima, M. Shimizu, N. Fukumuro, and H. Matsuda
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 53 ページ: 09PA02 (5pp)

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] (Bi3.25Nd0.65Eu0.10)Ti3O12ナノプレートの諸特性に及ぼすスパッタガス圧の影響2015

    • 著者名/発表者名
      風呂谷亮佑, 小舟正文, 釘宮拓也, 上島慧史, 栗山知侑, 西岡洋, 菊池丈幸, 藤澤浩訓, 中嶋誠二, 清水勝, 福室直樹
    • 学会等名
      2015年日本セラミックス協会年会
    • 発表場所
      岡山大学 津島キャンパス, 日本
    • 年月日
      2015-03-18 – 2015-03-20
  • [学会発表] (Bi3.25Nd0.65Eu0.1)Ti3O12ナノプレートの諸特性に及ぼすスパッタ圧力の影響2015

    • 著者名/発表者名
      風呂谷亮佑, 小舟正文, 釘宮拓也, 上島慧史, 栗山知侑, 西岡洋, 菊池丈幸
    • 学会等名
      第3回環境エネルギー研究センターシンポジウム
    • 発表場所
      西播地域地場産業振興センター(じばさんびる, 9階, 901会議室), 姫路市, 日本
    • 年月日
      2015-01-28
  • [学会発表] 強誘電体ナノプレートの創製とそのマルチフェロイック応用2014

    • 著者名/発表者名
      小舟正文
    • 学会等名
      化学工学会 姫路大会
    • 発表場所
      西播地域地場産業振興センター[じばさんびる, B会場 (601室)], 姫路市, 日本
    • 年月日
      2014-12-08 – 2014-12-09
    • 招待講演
  • [学会発表] Effects of Sputtering-Gas Pressure on Characteristics of Ferroelectric Sr2Bi4Ti5O18 Nanoplates2014

    • 著者名/発表者名
      T. Kuriyama, M. Kobune, S. Ueshima, T. Kugimiya, H. Nishioka, T. Kikuchi, H. Fujisawa, S. Nakashima, M. Shimizu, N. Fukumuro, and H. Matsuda
    • 学会等名
      The 10th Japan-Korea Conference on Ferroelectrics (JKC-FE10)
    • 発表場所
      International Conference Center Hiroshima, Hiroshima, Japan
    • 年月日
      2014-08-17 – 2014-08-20
  • [学会発表] 高温スパッタ法により作製したSr2Bi4Ti5O18強誘電体ナノプレートの諸特性に及ぼす基板加熱温度の影響2014

    • 著者名/発表者名
      栗山知侑, 小舟正文, 上島慧史, 釘宮拓也, 西岡洋, 菊池丈幸, 福室直樹, 松田均
    • 学会等名
      第9回日本セラミックス協会関西支部学術講演会
    • 発表場所
      大阪府立大学 学術交流館, 日本
    • 年月日
      2014-07-25
  • [学会発表] Sr2Bi4Ti5O18ナノプレート構造体の創製と特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      上島慧史, 小舟正文, 金子勇作, 釘宮拓也, 栗山知侑, 西岡洋, 菊池丈幸, 藤澤浩訓, 中嶋誠二, 清水勝, 福室直樹, 松田均
    • 学会等名
      第31回強誘電体応用会議
    • 発表場所
      コープイン京都, 日本
    • 年月日
      2014-05-28 – 2014-05-31

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公開日: 2016-06-01  

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