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論文

塩化カルシウムを用いた金属ナトリウムの消火/処理方法の開発

阿部 雄太; 永井 桂一; 真家 光良*; 中野 菜都子*; 川島 裕一*; 武末 尚久*; 斉藤 淳一

第23回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集(USB Flash Drive), 5 Pages, 2018/06

ナトリウム火災ではナトレックスで窒息消火させるが、消火能力の向上や純ナトリウムの安定化を目指した消火手法を考案した。もんじゅ等の高速炉やナトリウム施設の廃止では大量ナトリウム処理でのアルカリ廃液及び水素管理が課題となる。ナトリウムは電気陰性度が他の金属より小さいため高い化学的活性度である。Na$$^{+}$$を塩化カルシウムのCl$$^{-}$$とイオン結合させ、中性かつ安定な塩化ナトリウムを生成する消火/処理方法を考案した。基礎的特性(熱分析, 元素分析等)と小規模試験から、適用が期待できる結果を得た。

口頭

分子軌道計算によるビスマスフェライトとその固溶体の電気伝導性・絶縁性の評価

斉藤 淳一; 武末 尚久*; 朝倉 和基*; 木場 知将*

no journal, , 

ペロブスカイト強誘電体ビスマスフェライト(BiFeO$$_{3}$$)は、大きな自発分極を持つことから、鉛フリー圧電素子としての応用が期待されている。しかし、この物質を固相法で焼結すると、電気伝導性は幾分高くなり、分極処理で配向多結晶体を得ることが難しくなる。この課題への対策として、BiFeO$$_{3}$$に同種の物質を固溶させることが考えられる。よって、本研究ではBiFeO$$_{3}$$をモデルテンプレートとして、純粋系と固溶体(置換)系のモデルを用いて分子軌道計算を行い、BiFeO$$_{3}$$の電気伝導性の原因を調べ、絶縁性を高める対策について考察した。なお、数々の先行研究で伝導性の原因は示唆され、対策を講じられているが、当グループの固溶体合成方針を固定するためのものである。

口頭

ペロブスカイト強誘電体BiベースABO$$_{3}$$固溶体の作製と圧電性の測定

斉藤 淳一; 朝倉 和基*; 木場 知将*; 武末 尚久*

no journal, , 

近年、非鉛圧電材料の研究が盛んに行われている。そのような状況を踏まえて、以前、本研究グループでは、ペロブスカイト強誘電体チタン酸鉛と同チタン酸ビスマスナトリウム(BNT)について、分子軌道計算を行った。両者の結果を比較したところ、BiがPbの代替元素になり得ることを確認した。その結果、BNTは非鉛材の開発に有効であることが分かった。そこで、本研究ではナノ粉体原料を用いて、BNTと同ペロブスカイト酸化物ジルコニウム酸バリウム(BZ)や、他のABO$$_{3}$$酸化物との固溶体を作製し、誘電率測定、X線回折によってモルフォトロピック相境界を調査し、当相境界近傍のBiベース固溶体の圧電定数を調査した。

口頭

チタン酸バリウムナノキューブの合成および力学揺動による集積化の検討

斉藤 淳一; 木場 知将*; 朝倉 和基*; 武末 尚久*

no journal, , 

近年、様々な科学・産業の分野でナノ粒子の研究が行われるようになった。この種の研究は、セラミックスの分野でも大変盛んで、現在までに数多くの研究が行われてきた。その中で、チタン酸バリウムや、同種の物質の単結晶直方体ナノ粒子を、高密度で配向集積させる研究が注目されている。この研究は、これからの誘電体デバイス開発に資することが大いに期待されている。現在、この種の先端技術はディップコート法やスプレーコート法であるが、より簡易な方法で集積できればプロセス単純化の利得につながる。そこで、本研究ではチタン酸バリウムの単結晶直方体ナノ粒子に単純に力学揺動を与え、高密度配向集積への影響をX線回折によって調査した。

口頭

チタン酸ジルコニウムを固溶させたチタン酸バリウムナノキューブの合成

斉藤 淳一; 工藤 淳貴*; 木場 知将*; 松尾 直樹*; Park, S. K.*; 武末 尚久*

no journal, , 

ナトリウムの新しい応用先として酸化物圧電素子が考えられる。ペロブスカイト強誘電体正方晶チタン酸バリウム(BT)はその基盤となる材料である。開発要素として単結晶ナノキューブの集積化と固溶体化が挙げられる。前者は大きな自発分極を与え、後者は大きな圧電応答を与える。本研究では後者を実現するために、BTを類似物質ジルコニウム酸バリウム(BZ)と固溶させ、当固溶体のナノキューブを合成することを目的とした。当固溶を行うにあたっては、BTの原料である酸化チタン(TiO$$_{2}$$)に対してジルコニア(ZrO$$_{2}$$)を使用し、BTナノキューブの水熱合成法と同じ方法を試みた。得られた物質の評価には、X線回折および透過電顕を用いた。

口頭

チタン酸バリウムナキューブの合成および分散剤中の集積化

斉藤 淳一; 木場 知将*; 工藤 淳貴*; 松尾 直樹*; Park, S. K.*; 武末 尚久*

no journal, , 

近年、様々な科学・産業の分野でナノ粒子の研究が行われるようになった。この種の研究は、セラミックスの分野でも大変盛んである。その中で、誘電体デバイスへの応用が多いに期待されていることから、チタン酸バリウムやナトリウム酸化物を含む同種の物質の単結晶直方体ナノ粒子を、配向集積させる研究が注目されている。本研究ではナトリウム酸化物を含む酸化圧電デバイスの開発を目標に、その基礎材料となるチタン酸バリウムの簡易な配向集積法を模索するために、コロナ放電下でナノキューブを配向させた。

口頭

チタン酸ジルコニウムとチタン酸カルシウムを固溶させたチタン酸バリウムナノキューブの合成

斉藤 淳一; 松尾 直樹*; 木場 知将*; 工藤 淳貴*; Park, S. K.*; 武末 尚久*

no journal, , 

ナトリウムの新しい応用先として酸化物圧電素子が考えられる。ペロブスカイト強誘電体正方晶チタン酸バリウム(BT)はその基盤となる材料である。開発要素として単結晶ナノキューブの集積化と固溶体化が挙げられる。前者は大きな自発分極を与え、後者は大きな圧電応答を与える。本研究では後者を実現するために、BTを類似物質ジルコニウム酸バリウム(BZ)ならびにチタン酸カルシウム(CT)と固溶させ、当固溶体のナノキューブを合成することを目的とした。当固溶を行うにあたっては、BTの原料である酸化チタン(TiO$$_{2}$$)に対してジルコニア(ZrO$$_{2}$$)を使用し、同じくBTの原料である水酸化バリウム(Ba(OH)$$_{2}$$)に対して水酸化カルシウム(Ca(OH)$$_{2}$$)を使用して、BTナノキューブの水熱合成法と同じ方法を試みた。得られた物質の評価には、X線回折および透過電顕を用いた。

口頭

ペロブスカイト(NaxBa1-x)Ti(O1-x/3Clx/3)3ナノ粒子の水熱合成と評価

笠継 拓海*; 江口 友渡*; 藤谷 惇*; 武末 尚久*; 斉藤 淳一

no journal, , 

本研究では、ナトリウムを利用したペロブスカイト鉛フリー強誘電体の開発を目的として、これまでに分子軌道計算からチタン酸バリウムBaTiO$$_{3}$$とNaClの固溶体に着目すべき強誘電性が発現することを予想した。これを実証するために、それらの物質を良質原料としてBaTiO$$_{3}$$とNaClの成分比を変化させてナノ粒子を水熱合成し、X線回折と透過電子顕微鏡観察を用いて結晶性を評価した。その結果、透過電子顕微鏡観察からNaClを固溶したナノ粒子は、固溶していないナノ粒子に比べ、若干小さく(1辺が100nm程度)で角に丸みがあった。また、X線回折からNaClを固溶したナノ粒子は、固溶していないナノ粒子に比べて、結晶構造の正方晶性が弱いことが明らかになった。

口頭

ペロブスカイト(NaxBa1-x)Ti(O1-x/3Clx/3)3ナノ粒子を用いた焼結体の作製と物性測定

江口 友渡*; 笠継 拓海*; 藤谷 惇*; 武末 尚久*; 斉藤 淳一

no journal, , 

本研究は、ナトリウムを利用したペロブスカイト鉛フリー強誘電体の開発を目的として、これまでに分子軌道計算からチタン酸バリウムBaTiO$$_{3}$$とNaClの固溶体に着目すべき強誘電性が発現することを予想し、これを実証するためにBaTiO$$_{3}$$とNaClを原料として成分比を変化させてナノ粒子を水熱合成した。さらに、ナノ粒子を用いた焼結体を作製し、キュリー点測定、P-Eヒステリシス測定、圧電定数測定を実施した。その結果、X線回折により焼結体はナノ粒子に比べて、ピークが分裂していることがわかった。これは焼結により正方晶性が強くなったことを示している。この結晶性の変化に伴い、圧電特性が変化すると考えている。

口頭

Behavior of rigid cubes in soft mediums in agitation or under compression

斉藤 淳一; 武末 尚久*; 木場 知将*; 工藤 淳貴*; 松尾 直樹*

no journal, , 

In general, piezoelectrics show their highest performance if they are single crystals. However, many of the growth procedures are time-consuming and unpractical, which results in our choice of the sintered polycrystal ceramics for practical use. This general situation causes trade-off between the performance and the effort of process, which motivated us to develop a simple process to obtain the highly-oriented dense integration of piezoelectric single-crystal nanoparticles. Intuitibely saying, the expected process can be realized by using cube- or rectangular-shaped particles, because their plane-to-plane contacts allow their crystallographically oriented ordering to include quite a little space among them. Such the particle is called nanocube, and there have been found the several kinds so far. For this work, the most adequate nanocube is of barium titanate (BT); therefore, we decided to choose BT nanocubes as the model system and exploit a shape of real dices as imitations of the nanocubes for a first trial experiment of this work. In this experiment, dices are mechanically agitated or pressed in soft mediums such as polyvinyl alcohol, and continuous monitoring of the dices are done during the mechanical operations. The results will be presented in the meeting.

口頭

Synthesis and integration of barium titanate nanoparticles

斉藤 淳一; 木場 知将*; 工藤 淳貴*; 松尾 直樹*; 武末 尚久*

no journal, , 

We fabricated nanocube crystals of barium titanate by hydrothermal synthesis and also solvothermal, according to the methods of prior studies. Each particle is the single crystal and has the well-known conventional crystal structure, which was confirmed by TEM and X-ray diffraction. Currently, we are trying to build the oriented dense assemblage by mechanical operations such as stirring the particles in a small container, based on the previous imitation experiment with real dices stirred in a cylinder. How our praticles are crystallographically oriented and ordered were confirmed by X-ray diffraction in various conditions of the operations. The result will be presented in the meeting.

口頭

Synthesis and solid solutionaization of nanoparticles of barium titanate and barium zirconate

斉藤 淳一; 工藤 淳貴*; 木場 知将*; 松尾 直樹*; 武末 尚久*

no journal, , 

We synthesized single-crystal nancubes of barium titanate (BT), known as a typical perovskite ferroelectrics, by hydrothermal synthesis and also solvothermal. Typical forms of the nanocubes are given. The next stage of this fabrication includes integration and solid-solutionaizing BT nanocubes with other similar substances; the former is expected to provide large spontaneous electric polarization of the single-crystal level, and the latter gigantic piezoelectric response, called morphotropic phase boundary effect; we have already been working on the former, so we subsequently decided to work on the latter. In this work, we try the same synthesis methods involving zirconia or zirconium complex for a zirconium substitute to titanium. The obtained substance will be investigated by TEM, X-ray diffraction, and dielectric measurements. The result will be presented in the meeting.

口頭

Synthesis and solid solutionaization of nanoparticles of barium titanate, barium zirconate, and calcium titanate

斉藤 淳一; 松尾 直樹*; 木場 知将*; 工藤 淳貴*; 武末 尚久*

no journal, , 

We synthesized single-crystal nancubes of barium titanate (BT), known as a typical perovskite ferroelectrics, by hydrothermal synthesis and also solvothermal; our pressed and sintered sample shows typical temperature dependence of capacitance of BT. The next stage of this fabrication includes crystallographically highly oriented dense integration and solid-solutionaizing BT nanocubes with other similar substances; the former is expected to provide large spontaneous electric polarization of the single-crystal level, and the latter gigantic piezoelectric response, called morphotropic phase boundary effect. We have already been working on the former by mechanical agitation, e.g. stirring the nanocubes in a small container; we obtained typical data of X-ray diffraction of BT and found a tendency for our nanocubes to be oriented therefore, we subsequently decided to work on the latter. In this work, we try the same synthesis methods involving zirconia or zirconium complex for a zirconium substitute to titanium and also calcium hydroxide for calcium to barium. Conventionally sintered polycrystal samples of this system are known to show high performances as piezoelectrics, so it is possible that our integrations show the higher performance than the conventional samples. The obtained substance will be investigated by TEM, X-ray diffraction, and dielectric measurements. The result will be presented in the meeting.

口頭

Synthesis of perovskite solid solution (NaxBa1-x)Ti(O1-x/3Clx/3)3 by solid-phase sintering method

武末 尚久*; 斉藤 淳一

no journal, , 

Ferroelectrics are substances that exhibit energy storage, energy conversion between force, electricity, and heat, and polarization switching. These properties are widespread and deeply permeated into current technologies. Since our technologies will progress rapidly after the present, correspondingly ferroelectric properties need to be extensively explored and developed. We think that there are basically two kinds of conventional approaches to this goal; the one is synthesis by controlling chemical compositions of the substances, and the other the textures. We chose the former approach and employed template crystals with a perovskite-type structure. The reason for our choice is based on a fact that ferroelectricity emerges in many of the perovskite types, and also another one that a variety of ionic substitutes to the templates are available for both modeling and synthesis. Previously, our group performed molecular orbital calculations by using the template crystals. In the modeling process, being conscious of both environmental consideration and effective use of conserved natural resources, we decided to use the lead-free crystals including abundant elements. By the calculations, we predicted that a solid solution of barium titanate with marine substance sodium chloride, designated as (NaxBa1-x)Ti(O1-x/3Clx/3)3, possibly possesses the good properties. In order to verify our prediction, we synthesized samples of the predicted system by sintering, and by measuring their physical properties we investigated whether excellent ferroelectricity could be obtained. In this talk, we will mainly present the results of permittivities with respect to temperature.

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