【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】16360327 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゾル-ゲル法 / 外部場 / 温水処理 / ナノ微結晶 / 薄膜 / チタニア / 酸化亜鉛 / 組織制御

【研究成果の概要】

(1)金属酸化物ゲルの組成探索と機構
・SiO_2-TiO_2系ゲル膜の振動温水処理によって生成するナノシート結晶が層状構造を有するレピドクロサイト型チタン酸であることを明らかにした。得られた薄膜が高い光触媒活性と超親水性・防曇性を示すことを実証した。膜組成依存性では、TiO_2含量が少なくなると、析出するアナターゼの形態が粒状から鋭錘状に変化し、さらにチタン酸シートに変化することがわかった。TiO_2溶解種濃度が低い条件で、シート状結晶が析出しやすくなると推察した。
(2)外部場温水処理による金属酸化物微結晶析出と表面組織制御
【電場中での温水処理による微結晶析出と表面組織制御】
・SiO_2-TiO_2系ゲル膜の直流電場温水処理では、負極側で生成する析出物が粒状からシート状へ変化することがわかった。直流印加電場が5Vcm^<-1>以上では、Ti^<4+>のTi^<3+>への還元により薄膜の光透過率が低下するが、交流電場温水処理ではこれを防げることを見出した。
・ZnOゲル膜を形成した導電性基板と対向電極の間に直流あるいは交流電圧を印加しながら温水処理を行った。その結果、直流電場温水処理によって負極側で析出する結晶が六角柱状に変化し、シリコン基板を用いた場合には、析出結晶が花弁状に変化することがわかった。
(3)超分子集合体を添加したゲル膜の温水処理による微結晶析出と表面組織制御
CTAB、P123、F127などの界面活性剤を添加したSiO_2-TiO_2系ゲル膜の温水処理によってアナターゼナノ微結晶が膜中に高分散析出し、紫外線照射によって界面活性剤鋳型を完全除去できることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】15,000千円 (直接経費: 15,000千円)

【研究分野】無機工業化学

【研究領域課題番号】11450331 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

窒化物 / 炭化物 / 高次構造 / ゾルーゲル法 / 微小重力 / MOCVD / 誘電体 / 薄膜 / インターカレーション法 / 熱電特性 / サイアロン / 複合ペロブスカイト / 誘電特性 / レーザ誘起CVD法 / 巨大磁化

【研究成果の概要】

本研究は次の3グループ間の密接な連携によって課題研究を遂行した。
固相反応による無機材料創製グループ:インターカレーション法、燃焼合成法、レザーアブレイション法による固相反応プロセスを駆使し、高強度を持つマシナブルSi_3N_4/BN複合材料の開発、触媒能が傾斜したゼオライト材料の作製、Ba_yFe_xCo_<4-x>Sb_<12>の合成とその熱電特性、熱還元反応によるCa-α-サイアロンの作製、Gd_3GaO_6の結晶構造の解明とマルテンサイト転移の発見、複合プロブスカイトのAサイトイオン置換に伴う結晶構造と誘電特性の解明、さらに、セリアで被覆したアルミナ長繊維での界面反応を明らかにし、組成、界面構造や高次構造制御による機能制御を確立し、新しい高温構造材料、電子材料、超硬材料の合成に成功した。液相反応による無機材料創製グループ:ゾルーゲル法、融液の徐冷および急冷法、水熱合成法などのプロセスを利用して、高酸素イオン伝導性を有する希土類ケイ酸単結晶の合成、自己組織膜上のTiO_2薄膜作製とマイクロパターンニング、Ba_2NaNb_5O_<15>薄膜の合成と誘電特性、アナターゼ微結晶高分散SiO_2膜の合成、水熱反応による新規カーボン膜の作製を行い、サイズ、形状、形態、組織の制御を行う。この制御を通して新しい機能発現を図った。気相反応による無機材料創製グループ:CVD,スパッタリングとレーザ誘起CVDによるZrN_x-SiN_xやZrN_x-GeN_x人工格子の作製とその超伝導性、Fe/AlNとFe/Nb多層薄膜における巨大磁化とその界面反応、SiC-BN複合粒子から成る焼結体作製、さらに、サイアロンの水蒸気酸化の機構を解明し、組成とミクロ構造、基板との界面構造との関係を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1999 - 2000

【配分額】5,800千円 (直接経費: 5,800千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】09750757 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゾル-ゲル法 / アルカリ土類フッ化物 / 希土類フッ化物 / 薄膜 / 光学機能性 / 金属微粒子

【研究成果の概要】

新規光・電子機能性材料の開発を目的として、フッ素源としてトリフルオロ酢酸を用いたゾル-ゲル法によりフッ化物薄膜を作製し、以下のような知見を得た。
1.シリカガラス基板上へのアルカリ土類フッ化物薄膜コーディングの条件最適化/MgF_2薄膜作製のための出発原料としてアルコキシド及び酢酸塩を用いたところ、両者ともに得られる薄膜の微細構造及び光透過率に顕著な違いは見られなかった。これに対し、熱処理温度は膜の微細構造に大きく影響することがわかり、300℃から400℃では、表面は平滑であるが、500℃では、ポアやクラックが発生した。このような傾向はCaF_2、SrF_2、BaF_2薄膜にも同様に見られた。雰囲気の影響については、空気及び窒素について調べたが、光透過率及び平滑性に関しては空気中、膜の純度に関しては窒素中の方が優れていることがわかった。熱分析によって本法におけるフッ化物生成機構を検討したところ、溶液中でトリフルオロ酢酸とアルカリ土類金属イオンの間で配位結合が生じ、300℃付近でのトリフルオロ酢酸の分解によって安定な金属フッ化物が生成するという機構が示唆された。
2.銀微粒子分散MgF_2薄膜の作製と評価/フッ化物をマトリックスとした銀微粒子分散薄膜を作製した。光吸収測定及びFESEM観察により、銀の粒子径及び分散状態はコーティング回数及び熱処理温度に依存することがわかった。低温で作製した膜中での銀粒径は数十nmであった。現在、光学測定の準備を進めている。
3.希土類フッ化物薄膜の作製と評価/本手法を用いることにより、LaF_3、NdF_3、SmF_3、ErF_3薄膜が作製できることを新たに見いだした。希土類の場合も、膜の微細構造及び純度は熱処理温度に大きく依存し、300℃から400℃の低温領域で平滑な膜が得られた。今後、LaF_3薄膜に他の希土類イオンを添加し、光機能の評価を行う予定である。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)