2003 Fiscal Year Annual Research Report
通電加熱法を用いた酸化亜鉛の結晶成長と発光特性に与えるテルミット反応の効果
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03J50381
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Research Institution | Nagaoka University of Technology |
Principal Investigator |
湊 賢一 長岡技術科学大学, 大学院・工学研究科・博士後期課程 材料工学専攻, 特別研究員(DC2)
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Keywords | 酸化亜鉛 / 通電加熱法 / テルミット反応 / 結晶成長 / 結晶群 / 酸素分圧依存性 / 発光材料 / 成長制御 |
Research Abstract |
申請者は酸化亜鉛(ZnO)セラミックスの線材試料中央部分にアルミニウム(Al)粉末を堆積させ、空気中で通電加熱することにより、Al堆積部分でテルミット反応が発生し、その部分から極めて大きな成長速度(〜130μm/s)を有するZnO結晶群が成長する現象を見出した。ZnO結晶群の光物性を調査した結果、結晶群先端部分で紫外発光、根元部分で緑色発光が支配的であうた。ZnO結晶を紫外発光材料として用いる場合、紫外発光を有する結晶の量産化が今後重要な鍵となる。そこで、本年度はテルミット反応を利用した通電加熱法により得られるZnO結晶群の発光特性について検討した。 通電時の酸素分圧を変化させ、成長する結晶群の長さについて評価した。酸素分圧が9kPa以下では、テルミット反応が発生せず、結晶群が成長しなかった。酸素分圧が9kPa以上で結晶群の長さが増加し、20kPaで最大値(〜2.7mm)を示した。酸素分圧が20kPa以上では、酸素分圧の上昇に伴い結晶群の長さは減少する傾向が得られた。40kPa以上の酸素分圧では、堆積させているAlが急激な酸化反応により飛散したため結晶群は成長しなかった。 酸素分圧に対して、結晶群先端部分の発光特性を評価した結果、酸素分圧が9〜18kPaで得られた結晶群では、酸化亜鉛固有の欠陥に起因した緑色発光が支配的であった。20kPaでは、ZnOのバンド端に相当する紫外領域での強い発光のみが見られた。20kPa以上では酸素分圧では、酸素分圧の増加に伴い、紫外発光強度は減少し、緑色発光強度が増大した。 以上の結果から次の知見が得られた。結晶群の長さは酸素分圧20kPaで最大になることがわかった。長い結晶群ほど先端部分での紫外発光が支配的となった。この結果より、紫外発光を有するZnO結晶を作製するためには、酸素分圧20kPaでの作製が有効であることが示唆された。
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Research Products
(5 results)
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[Publications] 松浦茂, 根崎大, 湊賢一, 高田雅介: "通電加熱法により作製したZnO結晶の形態とそのフォトルミネッセンス特性"太平洋セメント研究報告. 142. 83-89 (2002)
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[Publications] K.Minato, D.Nezaki, T.Okamoto, M.Takata: "Growth conditions and luminescence of ZnO crystals grown by electric current heating with thermite reaction"Key Engineering Materials. 26. 95-98 (2003)
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[Publications] M.Manickam, K.Minato, M.Takata: "Effect of Trivalent Cation on the Niobium Redox Couple in Various Transition Metal Phosphates"Journal of The Electrochemical Society. 150・8. A1085-A1089 (2003)
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[Publications] M.Manickam, K.Minato, M.Takata: "Synthesis and electrochemical properties of TiNb(PO_4)_3 cathode materials for lithium secondary batteries"Journal of The Electrochemical Society. 562. 1-7 (2004)
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[Publications] H.Yamasaki, K.Minato, D.Nezaki, T.Okamoto, A.Kawamoto, M.Takata: "Photoluminescence of ZnO Crystals Synthesized on Zn Wire by Electric Current Heating Method"Solid State Ionics. (印刷中).