Researches on the fabrication process of dielectric oxynitride ceramics and crystals involving nitrogen-containing fluxes

含氮助熔剂介电氮氧化物陶瓷及晶体制备工艺研究

• 批准号: 19J10301
• 负责人: 細野 新
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J10301/
• 关键词: 酸窒化物; 焼結; 単結晶; 強誘電体; 圧電応答顕微鏡; 第一原理計算; 熱分析

ペロブスカイト型構造の酸窒化物BaTaO2Nは酸化物イオンと窒化物イオンの非対称な分布により自発分極をもつ強誘電体であると過去の研究で予想されてきたが、高密度なセラミックスや単結晶の作製が極めて困難であるために強誘電性の有無等の本質的な物性は不明であった。筆者はBaCN2という物質が種々の酸窒化物の溶媒として有用であり、数ミクロンサイズのBaTaO2Nの単結晶を作製できることを発見した。本年度は作製したBaTaO2Nの微結晶の圧電性を圧電応答顕微鏡を用いて評価したところ、100 ℃, 100 Vの条件で明瞭な分極反転を伴うシグナルが得られた。これはペロブスカイト型酸窒化物が強誘電性を示すことを実証する、信頼性の高い結果であり、アニオンの非対称な分布により強誘電性を物質に導入できることを意味する。この知見は、将来の誘電体材料の設計指針の確立に貢献すると期待される。筆者は上記の研究と並行して一連のアルカリ土類金属カルボジイミドの熱分析実験を行い、融点がCaCN2>SrCN2>BaCN2の順の高さであることを明らかにした。さらにBaCN2以外は融液が金属と炭化物、窒素に分解することを確認した。これらの分解反応のギブスエネルギーを第一原理計算による結晶構造の最適化とフォノンシミュレーションから求めたところ、BaCN2だけは実測された融点よりも高温まで分解反応が進行しないことが分かった。この原因として、BaCN2は他の二者よりも格子エンタルピーが小さいために十分に融点が低く、融液が分解しにくいためであると考えられる。

BaTaO2N acid compound with high density structure is difficult to manufacture due to asymmetric distribution of acid compound and strong electric conductivity. The author of this paper has discovered that BaCN 2 and BaTaO 2 N are useful solvents for the production of BaTaO 2 N crystals. This year, the piezoelectric properties of BaTaO2N microcrystals were evaluated under the conditions of 100 ℃ and 100 V. The results of high reliability and high conductivity of the compound show that the compound is highly inductive, and the distribution of the compound is asymmetric. This knowledge is expected to contribute to the establishment of design guidelines for future dielectric materials. The author notes that the thermal analysis of a series of rare earth metals has been carried out in parallel, and that the melting point of CaCN2> SrCN2> BaCN2 is higher than that of BaCN2. In addition to BaCN 2 melt, the decomposition of metal and phosphorus is confirmed. The first principle calculation of the crystal structure of the crystal structure is to optimize the crystal structure of the crystal structure of the crystal structure The reason for this is that BaCN2 is not the same as the other two.

项目成果

Ferroelectric BaTaO2N Crystals Grown in a BaCN2 Flux

在 BaCN2 助熔剂中生长的铁电 BaTaO2N 晶体

• DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02917
• 发表时间: 2019
• 期刊: Inorganic Chemistry
• 影响因子: 4.6
• 作者: Akira HOSONO;Yuji MASUBUCHI;Shintaro YASUI;Masaki TAKESADA;Takashi ENDO;Mikio HIGUCHI;Mitsuru ITOH and Shinichi KIKKAWA
• 通讯作者: Mitsuru ITOH and Shinichi KIKKAWA

Spark plasma sintering of dielectric BaTaO2N close to the melting point of the BaCN2 additive

接近 BaCN2 添加剂熔点的电介质 BaTaO2N 的放电等离子烧结

• DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2020.02.008
• 发表时间: 2020
• 期刊: Journal of the European Ceramic Society
• 影响因子: 5.7
• 作者: Akira Hosono;Masashi Inoguchi;*Yuji Masubuchi;Koji Murayama;Michiaki Iha;Mikio Higuchi;Shinichi Kikkawa
• 通讯作者: Shinichi Kikkawa

Spark Plasma Sintering of Dielectric BaTaO2N Using Molten BaCN2 Additive

使用熔融 BaCN2 添加剂对电介质 BaTaO2N 进行火花等离子烧结

• 发表时间: 2019
• 作者: Akira Hosono;Masashi Inoguchi;Yuji Masubuchi;Koji Murayama;Michiaki Iha;Mikio Higuchi;Shinichi Kikkawa
• 通讯作者: Shinichi Kikkawa

RWTH Aachen University(ドイツ)

亚琛工业大学（德国）

ペロブスカイト型酸窒化物強誘電体BaTaO2N微結晶の作製

钙钛矿型氧氮化物铁电BaTaO2N微晶的制备

• 发表时间: 2020
• 作者: 細野新;鱒渕友治;安井伸太郎;武貞正樹;樋口幹雄;伊藤満;吉川信一
• 通讯作者: 吉川信一