レーザ照射による固体イオニクス材料の作製と機能デバイスへの応用

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本研究ではB_2O_3、Al_2O_3、SiO_2、GeO_2、TiO_2、ZrO_2またはP_2O_5などのガラス化し易い酸化物を用い、(La, Sr)(Ga, Mg)O_<3-δ>相、(Ce, Sm)O_<2-δ>相(共に酸化物イオン導電相)などに加え、金属イオン伝導性を示す固体電解質相(例えば、Li_<1.2>Al_<0.2>(Ti_<0.8>Ge_<0.1>Ni_<0.1>)_<1.8>(PO_4)_3のLi^+イオン伝導体など)を選択的に結晶化させ、これにレーザ照射を行うことでイオン伝導路を誘起させることで、この結晶化ドットやラインにおいて酸化物イオン等が伝導可能なガラスマトリックス表面あるいは内部に付与されて固体電解質材料を系統的に作製することを目的とした。また、得られた微細なイオン伝導路に基づく微小センサプローブ、マイクロ電解システム等の設計と試作も平行して進め、これらの応用面での可能性を検討した。すなわち、1)Nd : YAGおよびフェムト秒レーザ照射システムの組み立てと照射条件の確立昨年度組み立てたNd : YAGレーザおよびフェムト秒レーザを照射光源に顕微ラマンシステムを結合した照射システムを用いて、引き続きレーザ照射条件の最適化を行った。2)微小結晶ラインのイオン伝導度評価システムの組み立てと測定条件の確立昨年度に引き続き、ガラス中に直径がおよそ数十μmから数mm程度にわたる結晶ドットやラインを作製する条件の確立を目指し、ガラス組成やレーザ照射を検討した。その結果、(La, Sr)(Ga, Mg)O_<3-δ>や(Ce, Sm)O_<2-δ>の各相に加え、Li_<1.2>Al_<0.2>(Ti_<0.8>Ge_<0.1>Ni_<0.1>)_<1.8>(PO_4)_3などの金属イオン伝道相に対し、レーザ照射により結晶ドットやラインを形成することに成功した。しかしながら、レーザ照射時に結晶にクラックが発生することが判明し、これに対処するため加温下でレーザ照射を行うシステムに改良した。これにより、クラックフリーの結晶ライン等を形成できることが明らかになった。そこで、次年度に向け、上記を用いたマイクロセンサ特性の検討および研究成果の発表の準備を行った。