チタン酸バリウムナノ粒子におけるサイズ効果の解明

钛酸钡纳米粒子尺寸效应的阐明

• 批准号: 06J05703
• 负责人: 保科 拓也
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J05703/
• 关键词: チタン酸バリウム; サイズ効果; ナノ粒子; 強誘電体; 誘電特性; 表面構造; 粒子構造; 相転移; 格子振動解析; 結晶構造解析

本研究は,チタン酸バリウム(BaTiO_3)ナノ粒子の誘電特性が粒子サイズによって変化する現象,いわゆるサイズ効果を解明するために行なった。まず,シュウ酸塩の2段階熱分解法という方法によって,不純物や欠陥濃度が極めて低いBaTiO_3ナノ粒子を作製し,誘電率の粒子サイズ依存性について検討した。その結果,粒子径140nm付近で比誘電率が約5,000という極大値を示すことを見出した。この理由を明らかにするために,BaTiO_3ナノ粒子が持つ粒子複合構造に着目した。高輝度放射光X線回折によって得られたBaTiO_3ナノ粒子の回折パターンについて精密解析を行なった結果,BaTiO_3ナノ粒子が内部正方晶層(バルク層),格子歪の傾斜層(Gradient-Lattice-Strain Layer,GLSL),表面立方晶層の3層構造で構成されることが明らかになった。このGLSLは正方晶から立方晶へ連続的に構造が変わる層で両者の相転移の過渡的な構造を反映し,結晶内ポテンシャルの平坦化により極めて高い誘電率を有すると推定される。一方,表面層は低誘電率の常誘電層であると考えられる。これら3層の誘電率を仮定し粒子全体の誘電率をシミュレーションした結果,粒子径140nmにおいて誘電率が極大を生じる現象を再現することができた。さらに,微粒子の誘電率は,表面立方晶層およびGLSL層の厚みにより支配され,立方晶層が厚い場合には,誘電率は粒子径の減少とともに単調に減少することが明らかとなった。GLSLの存在を考慮した複合構造モデルに基づくと,強誘電体微粒子の臨界径,誘電率の粒子サイズ依存性,誘電率の温度依存性,キュリー点の粒子サイズ依存性などの現象が一般的に説明でき,これまで不明であった強誘電体微粒子のサイズ効果が本研究により明らかになったといえる。

进行这项研究是为了阐明钛酸钡（BATIO_3）纳米颗粒的介电性能根据粒径（所谓的尺寸效应）变化的现象。首先，我们通过使用两阶段的黄油化方法来制备具有极低杂质和缺陷浓度的BATIO_3纳米颗粒，并检查了介电常数的粒径依赖性。结果，发现介电常数约为140 nm的粒径约5,000。为了阐明其原因，我们专注于Batio_3纳米颗粒的粒子复合结构。对BATIO_3纳米颗粒的衍射模式的精确分析，该纳米颗粒通过X射线高亮度同步辐射衍射获得，表明BATIO_3纳米颗粒由三层结构组成：内部四边形层（块状层），晶格 - 晶状层（渐变层层层层），表面层，GLSLS层，GLS和A cubice and a cucciC和A cubice and A cuccit and a a an和a a。该GLSL是一个从四方连续变为立方晶体的结构的层，并反映了两者之间的相变的过渡结构，并且由于晶体内电势的变平，估计具有极高的介电常数。另一方面，表面层被认为是介电常数低的副层。假设这三层的介电常数，我们模拟了整个粒子的介电常数，并且可以重现在140 nm的粒径下发生介电常数的现象。此外，细颗粒的介电常数受表面立方层和GLSL层的厚度的控制，并且已经揭示了当立方层厚时，介电常数会随着粒径减小而单调减小。 Based on the composite structure model taking into account the existence of GLSL, phenomena such as the critical diameter of ferroelectric fine particles, the particle size dependence of dielectric constant, the temperature dependence of dielectric constant, and the particle size dependence of Curie points can be explained in general, and it can be said that this study revealed the previously unknown size effect of ferroelectric fine particles.

项目成果

新規誘電率測定法によるチタン酸バリウム微粒子の誘電特性評価

使用新的介电常数测量方法评估钛酸钡细颗粒的介电性能

• 发表时间: 2008
• 作者: 保科 拓也;長田 勝士;掛本 博文;鶴見 敬章
• 通讯作者: 鶴見 敬章

強誘電体微粒子におけるナノ粒子構造の解析

铁电粒子中纳米粒子结构的分析

• 发表时间: 2007
• 作者: 保科 拓也;和田 智志;黒岩 芳弘;掛本 博文;鶴見 敬章
• 通讯作者: 鶴見 敬章

Size and temperature induced phase transition behaviors of barium titanate nanoparticles

• DOI: 10.1063/1.2179971
• 发表时间: 2006-03-01
• 期刊: JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 3.2
• 作者: Hoshina, T;Kakemoto, H;Yashima, M
• 通讯作者: Yashima, M

Origin of Ultrahigh Dielectric Constants for Barium Titanate Nanoparticles

• DOI: 10.3938/jkps.51.878
• 发表时间: 2007-08
• 期刊: Journal of the Korean Physical Society
• 影响因子: 0.6
• 作者: S. Wada;T. Hoshina;K. Takizawa;Masanori Ohishi;Hiroaki Yasuno;H. Kakemoto;T. Tsurumi;C. Moriyoshi;Y. Kuroiwa

Complex Structure and Size Effect of Barium Titanate Fine particles

钛酸钡细颗粒的复杂结构与尺寸效应

• 发表时间: 2007
• 作者: T. Hoshina;S. Wada;H. Kakemoto;T. Tsurumi
• 通讯作者: T. Tsurumi