トポタクチック構造変換反応を利用したチタン酸化物配向性薄膜の作製

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650894
• Research Institution: Kagawa University
• Principal Investigator: 馮 旗 香川大学, 工学部, 助教授 (80274356)
• Keywords: トポタクチック構造変換反応 / ソフト化学法 / 配向性薄膜 / チタン酸バリウム / 酸化チタン / 層状チタン酸 / 層状結晶の剥離反応 / ステンレス基板

Research Abstract

本研究は、層状化合物のトポタクチック構造変換反応を利用して多結晶基板や非結晶基板上で配向性薄膜を作成する低コスト、省エネルギーセラミックス薄膜プロセスの開発を目的とする。平成13,14年度は層状チタン酸H_<1.07>Ti_<1.73>O_4の合成、剥離反応、ステンレス基板上およびチタン金属基板上でのTiO_2、BaTiO_3薄膜の作製基本条件について検討した。H_<1.07>Ti_<1.73>O_4層状チタン酸をn-propylamine溶液で処理して層状チタン酸をナノシート状に剥離し、ナノシートゾル溶液を作製できた。このゾル溶液を用いてディッピング法で基板上に層状チタン酸の配向性薄膜の作成に成功した。作製した層状チタン酸の薄膜を空気中で加熱処理を行い、アナターゼ型TiO_2配向性薄膜およびルチル型TiO_2配向性薄膜が得られた。さらに層状チタン酸薄膜をBa(OH)_2溶液中で水熱処理してBaTiO_3薄膜を作製することに成功した。基板表面処理など作製条件を工夫し,かなり緻密な薄膜が得られた。
平成15年度は、配向性薄膜作成条件と薄膜特性評価を中心に、次の課題について取り込みを行った。
1.正方晶系BaTiO_3薄膜作製条件について検討した。いままで報告された方法で低温では立方晶系BaTiO_3しか得られず,強誘電性正方晶系BaTiO_3薄膜作製の作製が困難だった。今年度は当研究で開発したトポタクチック構造変換法を用いて直接に多結晶基板上に正方晶系BaTiO_3薄膜作製の作製に成功した。正方晶系BaTiO_3薄膜は.トポタクチック構造変換反応で生成した立方晶系BaTiO_3薄膜がさらに溶解析出反応で形成されると思われる。このように作成した正方晶系BaTiO_3薄膜は膜方向だけでなく,これに垂直な二方向にも結晶軸配向性が有することがわかった。
2.BaTiO_3薄膜の物性評価を行った。当研究で用いるトポタクチック配向性薄膜作製法で作成したBaTiO_3薄膜の誘電特性を測定した。ゾル-ゲル法や水熱法で作成したBaTiO_3薄膜より2倍高い誘電率を有することがわかった。これは薄膜の配向性に起因するものと思われる。

Research Products

• [Publications] 馮 旗: "ソフト化学的手法による機能性無機材料の合成と制御"日本イオン交換学会誌. 14. 77-86 (2003)
• [Publications] Qi Feng, Manabu Hirasawa, Koji Kajiyoshi, Kazumichi Yanagisawa: "Synthesis and particle morphology control of BaTiO_3 and TiO_2 by hydrothermal soft chemical process."7^<th> International Symposium on Hydrothermal Reactions, Proceedings. 235-242 (2003)