電気化学成膜法による誘電体ナノキューブの3次元集積に関する研究

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水溶液からBaTiO_3ナノクリスタルを合成するために、前駆体を検討した。TiO_2前駆体を用いた場合は、TiO_2とBa(OH)_2の反応によってBaTiO_3が合成されるが、Ti^<4+>イオンの加水分解速度の制御が肝心である。適切な出発原料を注意深く選択し、反応条件を詳細に調節しなければならない。(NH_4)_3TiF_6は安定な錯体であり、H_3BO_3の添加と電位/電流の調節によって、その加水分解速度を制御することができる。この原料を用いた予備的な実験により、初めて、TiO_2ナノチューブアレイを電気化学的成膜法によって一段階で低温合成することが可能になった。この様な基礎的結果に基づき、BaTiOF_4ナノロッドアレイを合成するための新たな手法を検討した。BaTiOF_4はBaTiO_3を合成するための単一原料分子前駆体である。この錯体はバリウムとチタンを1:1の化学量論比で含み、固体構造は八面体的に配位したバリウム原子と八面体配位したチタン原子に密接に関係し、この配位構造はBaTiO_3のペロブスカイト構造におけるそれら原子配置とよく一致している。実験の結果、平均直径230nmの結晶性BaTiOF_4ナノロッドが-0.8V,90℃,30min,0.025M Ba^<2+>の条件下で形成することが分かったが、600℃,1時間の焼成後には、BaTiOF_4ナノロッドはBaTiO_3ではなく、BaF_2に結晶化した。上述の結果を考察することにより、(NH)_4TiF_6を前駆体として用いることによってBaTiO_3を合成することは困難であることが分かった。そのため、TiCl_4,Titanium bis (ammonium lactato) dihydroxide (TALH)などの前駆体を再検討した。生成物の形態は、前駆体、合成温度、pH値、印加電流に依存して変化した。特に、TALHを用いると、高電位(-1.6V)では、マイクロチューブのような生成物が生成し、硝酸存在下、-1V,90℃,30minの条件下では、平均サイズ200nmのBaTiO_3ナノキューブを合成することができた。我々の理解では、100℃以下の電気化学的成膜法によるBaTiO_3ナノキューブの合成は初めてである。以上を総括すると、研究提案で計画したように、立方晶系で狭いサイズ分布をしたBaTiO_3ナノキューブを一段階で低温の電気化学成膜法によって合成することが可能になった。