遷移金属ドープ及び酸素制御による二酸化チタンの欠陥状態と光物性の研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13640323
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 栗田 進 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (30089833)
• Keywords: 二酸化チタン / アナターゼ / 酸素欠陥 / 欠陥制御 / 吸収スペクトル / ESRスペクトル

Research Abstract

アナターゼ型単結晶を化学蒸気輸送法で作成した.得られた結晶を酸素圧1MPa,或いは水素ガス流中で熱処理することで酸素欠陥の制御を行った.その結果,吸収スペクトルからはas-grown(紫色透明),酸素処理400℃(黄色透明),同600℃/80hr(無色透明),水素処理(紫、青色透明)となり、これらの色を持つ結晶が各種の熱処理で得られ,且つ相互の変換も可能であることが分かった.得られた結晶についてESRの測定を行ったところ、as-grown、水素処理試料では同じg値が得られ,g値の結晶軸に対する角度依存性から、Tiの位置に中心を持つd軌道でESRスペクトルがよく説明できることがわかった。無色透明のアナターセ結晶はESR信号が観測されないことを考慮すれば,欠陥は酸素で、そのためにTi^<3+>のESR信号が得られたと結論できる.一方,黄色透明試料はこれらとは全く違ったESRスペクトルであった.
Nbのドープを同じく化学蒸気輸送法で作成した.結晶は灰色で2eVに幅広い吸収帯を持つスペクトルであった.
新しいTiO_2相を求めて、ダイアモンドアンビルを用い単結晶,及び粉末について圧力誘起相転移をラマン、およびX線回折で測定した.アナターゼ単結晶では4.3GPaでTiO_2高圧相に転移し,その相は常圧に戻しても変わらない.一方,粉末試料では4.5〜8GPaの範囲で徐々に高圧相に変化した.この違いは、粉末試料が単結晶を砕いて得られたものであることから、粒径の違いと粒子中に導入された歪みが原因と思われる.

Research Products

• [Publications] T.Sekiya, S.Ohata, S.Kurita: "Pressure Dependence of Optical Properties of Anatase TiO_2 Single Crystal"Phys. Stat. sol(b). 223. 265-269 (2001)
• [Publications] T.Sekiya, S.Ohata, S.Kamei, M.Hanakawa, S.Kurita: "Raman Spectroscopy and Phase Transition of Anatase TiO_2 under High Pressure."J. Phys. Chem. Solids. 62. 717-721 (2001)
• [Publications] T.Sekiya, T.Yagisawa, S.Kurita: "Annealing of Anatase Titanium Dioxide under Hydrogen Atmosphere."J. Ceram. Soc. Jpn.. 109. 671-674 (2001)
• [Publications] T.Sekiya, S.Ohta, S.Kurita: "Optical Properties of Anatase TiO_2 under the High Pressure."Inter. J. Modern Phys.. B15. 3952-3955 (2001)
• [Publications] G.Mizutani, N.Ishibashi, S.Nakamura, T.Sekiya, S.Kurita: "Optical Second Harmonic Spectroscopy of the Anatase TiO_2(101) Face."Inter. J. Modern Phys. B15. 3873-3876 (2001)