電気泳動エピタキシャル電着法によるナノ結晶チタン酸バリウム薄膜の合成

电泳外延电沉积法合成纳米晶钛酸钡薄膜

基本信息

批准号：
03F03283
负责人：
桑原誠
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

最終年度の研究で得られた成果を以下に記す。1)電気泳動電着(EPD)用BaTiO_3ナノ結晶サスペンションの作製2)EPDによるBaTiO_3ナノ結晶薄膜の作製と評価3)BaTiO_3セラミック薄膜の作製と評価4)ナノ結晶EPD法によるBaTiO_3ナノ結晶パターンの作製と評価1)2-メトキシエタノールを分散液として用い、高濃度のBaTiO_3ナノ結晶を単分散させたサスペンションの作製を行った。BaTiO_3ナノ結晶のゼータ電位制御にアセチルアセトンを用い、その添加量とサスペンションの光透過度(単分散度)の関係についての詳細な検討を行い、目的とするサスペンションの作製を行った。2)EPDによるセラミック薄膜の作製例は多数報告されているが、BaTiO_3ナノ結晶から成る緻密な薄膜の作製例はほとんどない。EPD条件を様々に変えることにより、均質かつ緻密なBaTiO_3ナノ結晶薄膜(AFMによる評価から、薄膜の表面は粒子のサイズレベルの粗さしかない)の作製に成功した。また、SEM,TEM観察から組織も非常に均質であることを確認した。3)作製したBaTiO_3ナノ結晶薄膜を600℃の低温で焼成し、緻密な組織を持つセラミック薄膜が得られることを確認した。得られた薄膜の誘電率(1kHz-1MHz)及びD-Eヒステリシス特性の測定を行い、強誘電性を示すBaTiO_3セラミック薄膜が得られていることを確認した。ただ、誘電率は100-200程度と小さく、残留炭素や電極材料も含めた検討が必要であることが分かった。4)BaTiO_3ナノ結晶から成るセラミックピラー(直径400nm、高さ500nm)を400nmの間隔で2次元配列したフォトニック結晶の作製に初めて成功した。ピラー配列は乱れがほとんど無いことをSEM,AFMにより確認し、各ピラーは圧電性を示すことをSPMにより確認した。これにより、強誘電体セラミックフォトニック結晶の新しい作製法の確立に成功した。ナノ結晶粒子のエピタキシャル結合現象の有無についての検討は継続して行っている。

最后一年的研究结果如下所述。 1) 用于电泳电沉积（EPD）的 BaTiO_3 纳米晶悬浮液的制备 2) EPD 法制备 BaTiO_3 纳米晶薄膜并评价 3) BaTiO_3 陶瓷薄膜的制备和评价 4) 纳米晶 EPD 法制备 BaTiO_3 纳米晶图案评价 1) 使用以2-甲氧基乙醇为分散液,制备了BaTiO_3纳米晶高浓度单分散的悬浮液。采用乙酰丙酮控制BaTiO_3纳米晶的zeta电位，详细研究了乙酰丙酮的添加量与悬浮液的透光率（单分散性）之间的关系，并制备了所需的悬浮液。 2)虽然已经报道了许多通过EPD制备陶瓷薄膜的例子，但制备由BaTiO_3纳米晶组成的致密薄膜的例子却很少。通过改变EPD条件，我们成功制备了均匀致密的BaTiO_3纳米晶薄膜（通过AFM评估，薄膜表面仅在粒径水平上具有粗糙度）。此外，SEM 和 TEM 观察证实该结构非常均匀。 3)经证实,所制备的BaTiO_3纳米晶薄膜在600℃低温下烧成,可以获得结构致密的陶瓷薄膜。测量所获得的薄膜的介电常数(1kHz-1MHz)和D-E磁滞特性，并且证实获得了表现出铁电性的BaTiO_3陶瓷薄膜。然而，介电常数较小，约为100-200，并且发现需要考虑残留碳和电极材料。 4）我们首次成功制备了由BaTiO_3纳米晶制成的陶瓷柱（直径400nm，高度500nm）以400nm间隔二维排列的光子晶体。通过SEM和AFM确认柱的排列几乎没有紊乱，并且通过SPM确认每个柱都表现出压电性。结果，我们成功地建立了一种生产铁电陶瓷光子晶体的新方法。我们正在继续研究纳米晶颗粒是否存在外延键合现象。