Effect of annealing on crystal and local structures of doped zirconia using experimental and computational methods

実験および計算機シミュレーションによるジルコニアの結晶構造および局所構造に対するアニーリング効果評価

伊藤孝憲*; 森昌史*; 犬飼学*; 仁谷浩明*; 山本孝*; 宮永崇史*; 井川直樹 ; 北村尚斗*; 石田直哉*; 井手本康*

Ito, Takanori*; Mori, Masashi*; Inukai, Manabu*; Nitani, Hiroaki*; Yamamoto, Takashi*; Miyanaga, Takashi*; Igawa, Naoki; Kitamura, Naoto*; Ishida, Naoya*; Idemoto, Yasushi*

放射光X線や中性子線回折によるリートベルト解析・最大エントロピー法解析、X線吸収スペクトル法と第一原理計算を併用することによって、2種類のジルコニア((Zr $_{0.85}$ Y $_{0.15}$ )O $_{2}$ および(Zr $_{0.81}$ Sc $_{0.18}$ Ce $_{0.01}$ )O $_{2}$ )の結晶構造や局所構造に対するアニーリング効果の相違を調べた。これらジルコニアは共に空間群-3で、大きな原子変位パラメータを持つ立方晶構造であるが、(Zr $_{0.85}$ Y $_{0.15}$ )O $_{2}$ はアニーリングによって原子変位パラメータが減少し、結晶中の電子は、Zr/酸素サイトに集まる傾向を示した。一方、(Zr $_{0.81}$ Sc $_{0.18}$ Ce $_{0.01}$ )O $_{2}$ ではこれとは逆の傾向を示した。これらの傾向の違いは、(Zr $_{0.85}$ Y $_{0.15}$ )O $_{2}$ ではアニーリングによってジルコニア結晶を構成するZrO $_{8}$ 多面体では局所的な歪みが生じるがその周期性はないこと、一方、(Zr $_{0.81}$ Sc $_{0.18}$ Ce $_{0.01}$ )O $_{2}$ 中のZrO $_{8}$ 多面体は周期性を有し、かつ局所的な歪みが生じるためであることが明らかになった。

The effects of the annealing process on the crystal and local structures of the doped zirconia were investigated by Rietveld refinements of synchrotron X-ray and neutron diffraction, maximum entropy method (MEM), X-ray absorption spectroscopy (XAS) and first principles calculation (FPC). This study reveals that the crystal structures of the sintered and annealed ((Zr $_{0.85}$ Y $_{0.15}$ )O $_{2}$ and (Zr $_{0.81}$ Sc $_{0.18}$ Ce $_{0.01}$ )O $_{2}$ ) are cubic with the space -3 having large atomic displacement parameters (). For the annealed (Zr $_{0.85}$ Y $_{0.15}$ )O $_{2}$ , the values reduce, and the electrons around the Zr/oxide ion sites gather at the center of each site. On the other hand, the annealed (Zr $_{0.81}$ Sc $_{0.18}$ Ce $_{0.01}$ )O $_{2}$ shows the opposite tendency to that of the annealed (Zr $_{0.85}$ Y $_{0.15}$ )O $_{2}$ .

使用言語	:	English
掲載資料名	:	Journal of Physical Chemistry C
巻	:	119
号	:	16
ページ数	:	p.8447 - 8458
発行年月	:	2015/04
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論文URL	:	https://doi.org/10.1021/jp5117118 この論文を読む・探す
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登録番号 : AA20150053
抄録集掲載番号 : 43000809
論文投稿番号 : 15924

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