ナノ構造を保持した組成変換による単結晶性ポーラスチタン酸バリウムの作製

本研究の目的は、単一の結晶子中に複数のナノ細孔を有する単結晶性BaTiO3ナノ多孔体の合成手法を確立し、特性評価を行うことである。このような圧電物質を合成できれば起電力の向上が期待できるだけではなく、近年注目されている圧電触媒の分野における貢献も期待できる。しかし単結晶性酸化物ナノ多孔体の合成は、これまで限られた組成でのみ報告されており、BaTiO3での合成は従来の方法では困難である。そのため、本研究では単結晶性酸化物ナノ多孔体を合成する新たな方法を探索した。昨年度の検討で炭素鋳型中でのBaTiO3の合成が困難であったことと、LiNbO3は高い圧電g定数を有し多孔質化による圧電正効果の向上を確認する上でBaTiO3以上に有用な組成と考えられることから、目的組成をLiNbO3に変更して検討を進めた。合成法は、鋳型となる炭素ナノ多孔体を作製し、その細孔内でLiNbO3の結晶を形成・結晶成長させるというものである。まず、球状シリカナノ粒子の規則集積体を鋳型に用いて、細孔構造を転写した炭素ナノ多孔体を作製した。得られた炭素ナノ多孔体の細孔で酸化物を形成すると、通常は細孔構造を再度転写して球状粒子が規則集積した細孔構造のナノ多孔体が作製される。しかし本研究では、前駆体組成を検討することで、細孔内を前駆体で充填するのではなく細孔壁表面を前駆体で被覆することができ、その結果鋳型炭素に類似した細孔構造を有するLiNbO3ナノ多孔体が合成可能であることを見出した。本手法により、従来は困難であったLiNbO3ナノ多孔体の数十nm以下での細孔構造制御を実現した。得られたLiNbO3ナノ多孔体は細孔壁が微結晶から構成されていたため、今後は細孔壁を単結晶化するために、融剤を用いた結晶子サイズの増大を進める。

本研究の目的は、単一の結晶子中に複数のナノ細孔を有する単結晶性BaTiO3ナノ多孔体の合成手法を確立し、特性評価を行うことである。このような圧電物質を合成できれば起電力の向上が期待できるだけではなく、近年注目されている圧電触媒の分野における貢献も期待できる。しかし単結晶性酸化物ナノ多孔体の合成は、これまで限られた組成でのみ報告されており、BaTiO3での合成は従来の方法では困難である。そのため、本研究では単結晶性酸化物ナノ多孔体を合成する新たな方法を探索した。昨年度の検討で炭素鋳型中でのBaTiO3の合成が困難であったことと、LiNbO3は高い圧電g定数を有し多孔質化による圧電正効果の向上を確認する上でBaTiO3以上に有用な組成と考えられることから、目的組成をLiNbO3に変更して検討を進めた。合成法は、鋳型となる炭素ナノ多孔体を作製し、その細孔内でLiNbO3の結晶を形成・結晶成長させるというものである。まず、球状シリカナノ粒子の規則集積体を鋳型に用いて、細孔構造を転写した炭素ナノ多孔体を作製した。得られた炭素ナノ多孔体の細孔で酸化物を形成すると、通常は細孔構造を再度転写して球状粒子が規則集積した細孔構造のナノ多孔体が作製される。しかし本研究では、前駆体組成を検討することで、細孔内を前駆体で充填するのではなく細孔壁表面を前駆体で被覆することができ、その結果鋳型炭素に類似した細孔構造を有するLiNbO3ナノ多孔体が合成可能であることを見出した。本手法により、従来は困難であったLiNbO3ナノ多孔体の数十nm以下での細孔構造制御を実現した。得られたLiNbO3ナノ多孔体は細孔壁が微結晶から構成されていたため、今後は細孔壁を単結晶化するために、融剤を用いた結晶子サイズの増大を進める。