通電加熱法を用いた酸化亜鉛の結晶成長と発光特性に与えるテルミット反応の効果

电加热法铝热反应对氧化锌晶体生长及发光性能的影响

• 批准号: 03J50381
• 负责人: 湊 賢一
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J50381/
• 关键词: 酸化亜鉛; 通電加熱法; テルミット反応; 結晶成長; 結晶集合体; 発光材料; 熱伝導率; 結晶群; 酸素分圧依存性; 成長制御

酸化亜鉛(ZnO)セラミックスの線材試料中央部分にアルミニウム(A1)粉末を堆積させ、空気中で通電加熱することにより、A1体積部分でテルミット反応が発生し、その部分から極めて高い成長速度(〜130mm/s)を有するZnO結晶集合体が成長する現象を見出した。ZnO結晶集合体の光物性を調査した結果、結晶集合体先端部分で紫外発光、根本部分で緑色発光が支配的であった。ZnO結晶を紫外発光材料として用いる場合、紫外発光を有する結晶の量産化が今後重要な鍵となる。そこで、本年度はテルミット反応を利用した通電加熱法により得られるZnO結晶集合体の発光特性改善を試みた。これまで、通電加熱時の酸素分圧を制御することによって、結晶集合体の長さ制御が可能である。その際、長さの長い結晶集合体ほど、結晶集合体に占める紫外発光を示す領域が増大することがわかってきた。また、通電加熱の際、線材に流す電流値が低いほど、結晶集合体に占める紫外発光領域が増大することがわかってきた。このことより、結晶集合体成長時の雰囲気の温度が低いほど、紫外発光を示す領域の増大に効果があるのではないかと考えた。通電時の電流値を低下させて結晶集合体作製を試みた場合、70A/cm^2以下ではテルミット反応が発生せず、結晶集合体が成長しないことがわかっている。電流値を低下させることなく、結晶集合体成長時の雰囲気の温度を低下させるために、雰囲気のガスの熱伝導率に着目した。これまでは、N_2とO_2または、ArとO_2で結晶集合体作製を行っていた。そこで、N_2やArよりも熱伝導率の高いHeを用いて結晶集合体作製を試みた。その結果、He+20%O_2雰囲気下で成長した結晶集合体では、どの部分においても強い紫外発光のみが観測された。以上のことより、通電加熱時に熱伝導率の高いガスを用いることによって、どの部分においても紫外発光を有するZnO結晶集合体の作製に成功した。

Acidification 亜 lead (ZnO) セ ラ ミ ッ ク ス の wire sample central part に ア ル ミ ニ ウ ム (A1) powder を accumulation さ せ, empty 気 energized で す heating る こ と に よ り, A1 volume part で テ ル ミ ッ ト anti 応 が 発 し, そ の part か ら め extremely high て い growth (~ 130 mm/s) を す る ZnO crystal aggregation が growth す る The phenomenon を reveals that た. The results of the を investigation of the <s:1> optical properties of ZnO crystalline aggregates and the た た results show that the anterior part of the crystalline aggregates is で emitting ultraviolet light, and the fundamental part is で emitting green light and が dominating であった. ZnO crystal を 発 uv light material と し て in い る occasions, ultraviolet light 発 を have す る crystallization の production change が in important key な と な る. そ こ で, this year's は テ ル ミ ッ ト anti 応 を using し た electricity heating method に よ り have ら れ る ZnO crystal aggregation の 発 optical characteristics improve を try み た. <s:1> れまで, when powered on and heated, the <s:1> acid element is separated and pressurized を to control する とによって とによって, and the <s:1> length of the crystalline aggregate さ to control が may である. そ の interstate, long さ の long い crystallization aggregation ほ ど, crystallization aggregation に め る ultraviolet light 発 を が す field raised in big す る こ と が わ か っ て き た. ま た, electric heating の interstate, wire に す current numerical が low い ほ ど, crystallization aggregation に め る 発 uv light field が raised large す る こ と が わ か っ て き た. こ の こ と よ り, crystallization aggregation growth when の 雰 囲 気 の low temperature が い ほ ど, ultraviolet light 発 を の す field raised in big に unseen fruit が あ る の で は な い か と exam え た. Low electricity の current numerical を さ せ て を try the crystallization aggregation cropping み た occasions, below 70 a/cm ^ 2 で は テ ル ミ ッ ト anti 応 が 発 raw せ ず, crystallization aggregation が growth し な い こ と が わ か っ て い る. Low current numerical を さ せ る こ と な く, crystallization aggregation growth when の 雰 囲 気 の low temperature を さ せ る た め に, 雰 囲 気 の ガ ス の 伝 heat conductivity に with mesh し た. The crystalline aggregates of <s:1> れまで と, N_2とO_2また and ArとO_2で were used to prepare を and って た た た た た. そ こ で, N_2 や Ar よ り も hot 伝 high conductivity の い He を with い て を try the crystallization aggregation cropping み た. そ の results, He + 20% O_2 雰 囲 気 で growth under し た crystallization aggregation で は, ど の part に お い て も strong い ultraviolet light 発 の み が 観 measuring さ れ た. Above の こ と よ り, electric heating heat に 伝 high conductivity の い ガ ス を with い る こ と に よ っ て, ど の part に お い て も ultraviolet light 発 を have す る に success the ZnO crystal aggregation の cropping し た.

项目成果

M.Manickam, K.Minato, M.Takata: "Synthesis and electrochemical properties of TiNb(PO_4)_3 cathode materials for lithium secondary batteries"Journal of The Electrochemical Society. 562. 1-7 (2004)

M.Manickam、K.Minato、M.Takata：“锂二次电池用TiNb(PO_4)_3正极材料的合成及电化学性能”电化学学会杂志。

Photoluminescence of zinc oxide crystals synthesized on zinc wire by electric current heating method

电流加热法在锌丝上合成氧化锌晶体的光致发光

• 发表时间: 2004
• 期刊: Solid State Ionics 172
• 作者: H.Yamasaki;K.Minato;D.Nezaki;T.Okamoto;A.Kawamoto;M.Takata
• 通讯作者: M.Takata

通電加熱法により作製したZnO結晶の形態とそのフォトルミネッセンス特性

电流加热法制备的ZnO晶体形貌及其光致发光性能

• 发表时间: 2002
• 期刊: 太平洋セメント研究報告 142
• 作者: 松浦茂;根崎大;湊賢一;高田雅介
• 通讯作者: 高田雅介

松浦茂, 根崎大, 湊賢一, 高田雅介: "通電加熱法により作製したZnO結晶の形態とそのフォトルミネッセンス特性"太平洋セメント研究報告. 142. 83-89 (2002)

Shigeru Matsuura、Dai Nezaki、Kenichi Minato、Masuke Takada：“电加热法制备的 ZnO 晶体的形貌及其光致发光性能”太阳水泥研究报告 142. 83-89 (2002)。

K.Minato, D.Nezaki, T.Okamoto, M.Takata: "Growth conditions and luminescence of ZnO crystals grown by electric current heating with thermite reaction"Key Engineering Materials. 26. 95-98 (2003)

K.Minato、D.Nezaki、T.Okamoto、M.Takata：“电流加热铝热反应生长 ZnO 晶体的生长条件和发光”关键工程材料。