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セラミックス表面・界面グループ

セラミックスは微粒子、界面、表面の反応場を有しそれぞれで機能性を有しています。本研究グループでは合成に着目し表面と界面が動作する事でなし得る合成と機能性に着目して研究を進めます。特に、難焼結性材料を合成のターゲットに置き、ソフト化学合成、固相反応法で反応場を制御し、さらに、イオン注入、HIPで反応性を高めます。得られた合成物をセクター型質量分析装置、低速イオン散乱、分光法等で解析し、高温で動作するメカニズムの推定に欠陥化学を利用し、合成の要素技術を集積しさらなるセラミックス科学を目指します。

研究対象

緻密なセラミックスを得難い難焼結性の物質を研究の対象としています。例えば、酸化スズ(SnO2)、酸化ガリウム (Ga2O3) 、酸化ランタン(La2O3) 、酸化インジウム(In2O3)他、様々な組成の酸化物です。様々な酸化物をソフト化学合成で粉末を合成し、固相反応法で反応場を制御します。これらを緻密かつ大気安定性を向上させ、緻密化に効果的な添加物の焼結時のメカニズムを解明します。ソフト化学合成の粉末や緻密化したセラミックスから薄膜を合成し、電気的な特性測定を行う事により新しい特性を見いだす事を目指します。


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酸化物ガスセンサ材料の薄膜化に取り組んでいます。しかし、SnO2等は難焼結性材料であり、薄膜用のターゲットを入手する事は困難です。そこで、SnO2やIn2O3の難焼結性のセラミックス合成を行っています。これらを利用し、スパッタ法等で薄膜を作製し、ガスセンサの評価をしています。粉体を薄膜化しガスセンサ特性評価をしています。


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当グループでは緻密化したセラミックス中の水素や酸素欠陥の評価を行っています。これらの評価はデバイス化した後の劣化メカニズムの理解に役立ちます。さらに薄膜や粉体膜のガスセンサ特性を評価しています。特性の理解を深めるために表面第1層の評価を行い、表面でのガスの反応メカニズムの研究へと展開しています。


主要設備等

完全2重収束の光学系を有する質量分析装置です。微量元素の検出、同位体分析、水素分析で使います。(図1)

200keVのエネルギーでイオン注入可能な装置です。ガスは勿論、20種類程の金属イオンを注入出来ます。(図2)

「図1」の画像

図1


「図2」の画像

図2




最近の主要な成果等

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ヘリウムイオン (4He+) の電子スピンを偏極したビームの発生に成功しました。さらに、新しい光ポンピング方法 (1083 nm D0線、π+σポンピング) を開発し、これにより世界最高のビーム偏極率 (~25%) を達成しました。


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偏極4He+ビームを使って、原子とイオンの新しい相互作用 (スピン軌道相互作用 (SOC) ) を発見しました。このSOCでは、衝突時の量子力学的中間状態でスピン偏極ホールが生成し、このホールに対して巨大なSOCが発現していると考えられます。


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難焼結性SnO2の緻密化に関して、相対密度が90%を超える添加物と温度領域です。SnO2は普通焼結法でZnOと他の共添加により緻密化し、相対密度は99%以上に達します。セラミックディスクの電気抵抗はドナーとアクセプターの添加で行っています。


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当グループでは酸化スズに代表されるガスセンサ酸化物のセラミックスの緻密化に取り組んでいます。さらに、様々な組成のセラミックスの合成に取組み、同時に特性探索をしています。一方で、ソフト化学的手法を利用した酸化物ナノ粒子の形状制御も行っています。


お問い合わせ先

セラミックス表面・界面グループ
〒305-0044 茨城県つくば市並木1-1
TEL: 029-860-4434
E-Mail: SAKAGUCHI.Isao=nims.go.jp([ = ] を [ @ ] にしてください)
国立研究開発法人物質・材料研究機構
〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1
TEL.029-859-2000 (代表)
FAX.029-859-2029