マイクロ波プロセスによる階層構造構築と希土類機能発現

微波过程的层次结构构建及稀土功能表达

基本信息

批准号：
17042005
负责人：
滝沢博胤
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

TiO_2-SnO_2系は、固溶体が分相の際にスピノーダル分解を起こし、変調組織が数nmのメゾスコピック層状組織を形成することが知られている。スピノーダル分解は自己組織化反応であるため、熱処理のみの単純なプロセスでメゾスコピック組織を形成する。本研究では、28GHzと2.45GHzの2つの周波数のマイクロ波を用いて、TiO_2-SnO_2系に希土類元素をドープした場合のメゾスコピック組織形成と蛍光性発現を試みた。どちらの周波数のマイクロ波を用いた場合でも、固相拡散促進効果により、通常の固溶温度よりも低温・短時間での固溶が完了した。しかしマイクロ波加熱ではドーパントを添加しない場合、及びEu_2O_3のみを添加した場合もスピノーダル分解は進行せず、メゾスコピック組織の形成には至らなかった。本系に3価のカチオンを添加した場合、格子間カチオンが生成されるためにカチオンの移動度が増し、相分離速度が増加する。Eu_2O_3を添加した場合にはこの効果が顕著に現れなかった。これはEu^<3+>のイオン半径がTi^<4+>やSn^<4+>に比べて大きすぎるために、格子中へ固溶せず、相分離速度を増加させる程度の格子間カチオンが生成されなかったためと推察される。一方、Eu_2O_3と共に相分離速度の増加に有効であるAl^<3+>を添加した試料にマイクロ波を照射したところ、どちらの周波数から得られた試料もスピノーダル分解が進行していることが確認され、短時間かつ単純なプロセスでのメゾスコピック組織の作製に成功した。SnO_2単体へEu添加した場合にはEu^<3+>の磁気双極子遷移である^5Do→^7F_1遷移に起因するピークが観測されたが、固溶体及び相分離後の試料は蛍光性が低下した。スピノーダル相分離においては、微視的領域での濃度変動が組織形成に深く関与することから、マイクロ波照射下での選択加熱現象による微視領域での熱的非平衡状態の実現が鍵となっていると思われる。

众所周知，当实心溶液分为相时，TIO_2-SNO_2系统会经历旋转分解，并形成具有几个NM的调制结构的介观分层结构。 Spinodal分解是一种自组装反应，仅使用热处理的简单过程形成介质结构。在这项研究中，当稀土元素被用两个频率28GHz和2.45GHz的微波掺杂到TIO_2-SNO_2系统中时，我们尝试形成介质组织和荧光。在这两种频率上，固相扩散加速效应允许在较低的温度和时间较短的时间内完成固体溶液。但是，即使在微波加热中不添加掺杂剂，并且仅添加EU_2O_3时，旋律分解也没有进展，并且不会发生介观结构的形成。当将三价阳离子添加到该系统中时，会产生间隙阳离子，并增加阳离子的迁移率和相位分离速率。添加EU_2O_3时，这种效果并不是特别明显。这大概是因为与Ti^<4+>和Sn^<4+>相比，Eu^<3+>的离子半径太大，因此，间质阳离子并未溶解在晶格中，并且没有产生相分离速率。另一方面，当包含Al^<3+>的样品用微波辐射有效地增加了相位分离速率以及EU_2O_3的相位，因此可以证实，从频率获得的样品中，Spinodal分解正在进行中，并且在短期和简单的过程中成功地产生了介质组织的产生。当单独将欧盟添加到SNO_2中时，观察到^5DO→^7f_1跃迁，即Eu^<3+>的磁偶极转变，但是固体溶液的荧光和相分离后样品的荧光减少。在旋律相分离中，微观区域的浓度波动与组织形成深深相关，似乎关键是要在微波辐照下选择性加热而在微观区域中实现微平衡状态。