機能性セラミック材料のナノ構造・電子状態の研究

1.結晶性が良いヘマタイト(Fe_2O_3)粒子の生成条件を見つけるため、FeCl_3、H_2O、NH_4OHを出発物質とした水熱合成法の条件を色々と変化させてヘマタイト合成を行った.合成した試料を電子顕微鏡で粒径の評価を行いながら実験を繰り返した結果、温度:100-200度、合成時間:約170時間(7日間)の合成条件で、200-300nmの粒径からなる単相のヘマタイト試料を得られることが明らかになった.2.合成したヘマタイト粒子を電子顕微鏡像および電子回折図形で評価し、良質な単結晶と判断された.しかし、収束電子回折図形による高精度の結晶性評価から、ヘマタイト粒子の中心付近には格子の乱れが存在することが明らかになった.これは、直径10nm以の粒子が集まって大きな粒子が生成されるという成長過程における微粒子同士の界面に起因するものと考えられる.欠陥の無い領域から得た分光収束電子回折図形を撮影し、高次回折強度の解析による結晶構造精密解析を行うと同時に、低次結晶構造因子の精密化による価電子の空間分布解析を行った.3.Fe_2O_3粒子と同じ合成条件を用い、(Fe_<1-x>Al_x)_2O_3(x=0.05,0.1),(Fe_<1-x>Cr_x)_2O_3(x=0.05,0.1)の元素置換をした試料の作成に成功した.電子顕微鏡像、電子回折図形、収束電子回折図形および放射光施設での粉末X線回折実験で試料の評価を行った.その結果、A1置換した試料Fe_2O_3粒子と同程度の結晶性の単相試料が得られるが、Cr置換した試料では結晶性が劣りかつ単相試料を得ることが困難であることが分かった.

1.結晶性が良いヘマタイト(Fe_2O_3)粒子の生成条件を見つけるため、FeCl_3、H_2O、NH_4OHを出発物質とした水熱合成法の条件を色々と変化させてヘマタイト合成を行った.合成した試料を電子顕微鏡で粒径の評価を行いながら実験を繰り返した結果、温度:100-200度、合成時間:約170時間(7日間)の合成条件で、200-300nmの粒径からなる単相のヘマタイト試料を得られることが明らかになった.2.合成したヘマタイト粒子を電子顕微鏡像および電子回折図形で評価し、良質な単結晶と判断された.しかし、収束電子回折図形による高精度の結晶性評価から、ヘマタイト粒子の中心付近には格子の乱れが存在することが明らかになった.これは、直径10nm以の粒子が集まって大きな粒子が生成されるという成長過程における微粒子同士の界面に起因するものと考えられる.欠陥の無い領域から得た分光収束電子回折図形を撮影し、高次回折強度の解析による結晶構造精密解析を行うと同時に、低次結晶構造因子の精密化による価電子の空間分布解析を行った.3.Fe_2O_3粒子と同じ合成条件を用い、(Fe_<1-x>Al_x)_2O_3(x=0.05,0.1),(Fe_<1-x>Cr_x)_2O_3(x=0.05,0.1)の元素置換をした試料の作成に成功した.電子顕微鏡像、電子回折図形、収束電子回折図形および放射光施設での粉末X線回折実験で試料の評価を行った.その結果、A1置換した試料Fe_2O_3粒子と同程度の結晶性の単相試料が得られるが、Cr置換した試料では結晶性が劣りかつ単相試料を得ることが困難であることが分かった.