High-pressure XAFS study of bulk and nano size ZrO particles

ナノ粒子ジルコニアとバルクジルコニアにおける高圧XAFS測定

吉朝 朗*; 有馬 寛; 奥部 真樹*; 福井 宏之*; 中塚 晃彦*; 片山 芳則; 大高 理*

Yoshiasa, Akira*; Arima, Hiroshi; Okube, Maki*; Fukui, Hiroshi*; Nakatsuka, Akihiko*; Katayama, Yoshinori; Otaka, Osamu*

平均粒径40nmの超微粒ZrO試料をほぼ静水圧条件下の室温で加圧し、X線吸収法により局所構造変化を調べ、ミクロン径のバルク試料のそれと比較した。高圧発生にはSPring-8のBL14B1に設置されたダイヤ型プレス(SMAP180)を用い、室温において8GPaまで加圧した。単斜晶相(低圧相)の領域ではナノ粒子とバルク試料ともにほぼ同じ圧縮率を示した。一方、斜方晶相(高圧相)ではナノ粒子がバルク試料より圧縮されやすいことがわかった。ナノ粒子の圧縮率がバルク粒子とは異なることはTiOやAlOについて報告されている。本研究ではジルコニアナノ粒子の圧縮率がバルク粒子とは異なることが初めて見いだされた。

XAFS measurements near the Zr K-edge for the and ZrO phases with particle size of 62 nm and 0.50 were performed under pressure up to 7.8 GPa using a multi-anvil high-pressure device and synchrotron radiation at BL14B1, SPring-8, Hyogo. XANES spectra change gradually near the phase transition region of 3.0-4.8 and 4.8-7.8 for bulk and nano particles. The second-nearest Zr-Zr distance in nano particle is 0.02 longer than that in bulk particle. It was found that the nano particle is more compressible comparing with the bulk particle and transforms to the phase at certain specific Zr-O and Zr-Zr distances. The magnitudes of for Zr-Zr distance in the nano particle are significantly larger because of the static disorder near the surface.