高強度レーザー誘起プラズマCVD法によるセラミックス膜の超高速合成とナノ構造制御

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レーザー化学気相析出(LCVD)法により、ロジウム(Rh)ナノ粒子を羽毛状組織を有するジルコニア(ZrO_2)から構成されるナノコンポジットを合成した。羽毛状ジルコニアは、原料ガス濃度が高く、成膜速度が毎時120ミクロンを超える高速成膜条件下で生成することがわかった。羽毛状組織の熱的安定性は高く、1200〜1400℃、空気中での熱処理によっても変化が見られなかった。EB-PVDなどによる羽毛状組織は、短時間の高温熱処理で容易に消失するが、レーザーCVDで合成した羽毛状ジルコニアは結晶性が高く、このような優れた高温安定性が得られたものと考えられる。また、ロジウムを含む有機金属原料ガスを、ジルコニウム原料ガスと同時に供給することによって、ジルコニア-ロジウムナノコンポジットが生成し、羽毛状ジルコニアが生成する成膜条件では、コンポジット膜も羽毛状組織になった。しかし、ロジウム原料の濃度が、ジルコニウム原料の10mol%程度になると、羽毛状組織は明瞭でなくなり、高密度のロジウム粒子の析出によって、羽毛状組織の生成が妨げられることがわかった。コンポジット膜中のロジウム粒子の大きさは、ロジウムの原料ガス濃度によって変化し、原料ガス濃度が高いほど、大きなロジウム粒子が生成した。さらに、ジルコニア-ロジウムナノコンポジット膜の高温安定性を調べ、500℃以下の温度では、ロジウム粒子の粒成長はほとんど見られなかった。このような優れた熱的安定性は、他のナノ粒子触媒と比較してすぐれており、触媒、特にガス浄化触媒としての応用が期待される。