ナノおよびミクロンオーダーの周期変調組織を有するチタン酸バリウム自立膜の界面合成

具有纳米级和微米级周期性调制结构的自支撑钛酸钡薄膜的界面合成

基本信息

批准号：
14750556
负责人：
下岡弘和
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題では、電子構造およびフォトニックバンド構造エンジニアリングのために、ナノスケールの周期性とそれに重畳したサブミクロンスケールの周期性を併せ持つチタン酸バリウム自立膜の形成方法について研究することを目的としてきた。期間内において、我々がこれまでに見い出したヘテロ二金属アルコキシドBaTi(OMe)_4(OEt)(OEtOMe)の高濃度溶液を出発原料に用いる"高濃度ゾル-ゲル法"と界面活性剤を組み合わせた方法により、中空のチタン酸バリウム(BaTiO_3)単結晶がある種の周期的構造に自己集合した微細組織を形成にさせることに成功した。HRTEMを用いた解析により、粒径が約10〜15nmのBaTiO_3単結晶粒子には、中心にコントラストの違う約2nmの正方形に近い形状の部分があり、プラズモンロス像からとの部分が細孔であることを確認した。この細孔表面は(110)面による格子縞に対して45°の角度であることから、(100)面であることがわかった。10〜15nmの粒径の粒子全てに2nmの細孔が存在するとしても、その細孔の表面積が全表面積に占める割合はわずか約2〜7%程度であることから、窒素吸着等温線に現れる吸着ピークは微小なものになるはずである。窒素吸着等温線に現れた2nm付近の小さな吸着ピークがこの細孔に対応するものと考えられる。さらに、これらの中空BaTiO_3単結晶粒子がゲルネットワーク中で生成する過程で、界面活性剤の共存下でのみ、ある種の周期配列を取ることがわかった。X線小角散乱によれば、d=14nmに回折ピークが観察された。d値が中空BaTiO_3粒子の平均サイズにほぼ一致することから、これらの粒子が密に集合して周期構造を形成したものと考えられる。周期構造はゲル生成段階で界面活性剤が共存する場合にのみ生成したが、熱処理で界面活性剤を除去した後もその周期性を保持することがわかった。

该项目的目的是研究一种形成具有纳米级周期性和叠加亚微米级周期性的自支撑钛酸钡薄膜的方法，用于电子结构和光子能带结构工程。在此期间，我们以迄今为止发现的异二金属醇盐BaTi(OMe)_4(OEt) (OEtOMe)的高浓度溶液为起始原料，与表面活性剂相结合，结合了“高浓度溶胶-凝胶法”利用这种方法，我们成功地形成了空心钛酸钡（BaTiO_3）单晶自组装成一种周期性结构的微观结构。利用HRTEM分析发现，粒径为10～15nm左右的BaTiO_3单晶粒子，其中心具有约2nm的对比度不同的大致正方形部分，从等离激元损失图像中该部分为孔I。确认有。发现该孔表面是(100)面，因为它与(110)面形成的晶格条纹成45°角。即使粒径为10～15nm的所有颗粒中都存在2nm的孔隙，这些孔隙的表面积也仅占总表面积的2～7%左右，因此出现在氮吸附等温线中. 吸附峰应该是微小的。认为氮吸附等温线中出现的2nm附近的小吸附峰对应于该孔。此外，我们还发现，在凝胶网络中这些空心BaTiO_3单晶颗粒的形成过程中，只有在表面活性剂存在的情况下，它们才会采取一定的周期性排列。根据小角X射线散射，在d＝14nm处观察到衍射峰。由于d值几乎与中空BaTiO_3颗粒的平均尺寸相匹配，因此认为这些颗粒紧密聚集形成周期性结构。仅当表面活性剂在凝胶形成阶段共存时才形成周期性结构，但发现即使在通过热处理除去表面活性剂后仍保持周期性。