JP2007035346A - テルビウム・ビスマス・タングステン酸化物固溶体からなる電気伝導材料及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単斜晶系の構造を有する一般式Tb2xBi2yWzO3( 0.66<x<0.73、0.13
5<y<0.19、0.11<z<0.175、但し、x+y+z=1)で示されるテルビウム・ビスマ
ス・タングステン酸化物固溶体からなる電気伝導材料。例えば、x=0.6725、y=0.17、z=0.
1575 の組成では150℃における電気伝導度が10-4 S cm-1、250℃では10-3S cm
-1であり、半導体特性を有している。良好な電気伝導性を示すことから、電極、センサー
、触媒等の材料としての用途を有する。
【選択図】なし
Description
135<y<0.19、0.11<z<0.175、但し、x+y+z=1)で示されるテルビウム・ビス
マス・タングステン酸化物固溶体からなる電気伝導材料及びその製造方法に関する。
損した蛍石型の面心立方晶系構造をもつ優れた酸化物イオン伝導体であることが知られて
いるが、その安定温度領域が730〜825℃と狭く、かつ還元され易い等の欠点を有す
るために、他の酸化物を添加することにより、安定温度領域を室温付近まで低下させる安
定化の試みがなされた(例えば、特許文献1)。既往の酸化物イオン伝導体として有名な
安定化ジルコニアも酸素欠損した蛍石型の面心立方晶系構造を有しており、隙間の多い蛍
石型の面心立方構造と酸化物イオン伝導の関連性もまた種々検討されてきた。
i2O3-Ln2O3の二成分系が広く検討された。その結果、得られた蛍石型構造の面心立方晶の
相は高い酸化物イオン伝導を示すことが認められたが、650〜700℃より低い温度領
域では準安定であるため、この温度領域で使用すると、分解あるいは相転移が起こり、酸
化物イオン伝導特性は急激に劣化してしまうという欠点が明瞭となった。
で、添加酸化物として酸化テルビウム(Tb2O3)と酸化タングステン(WO3)を用いた三成
分系について検討した。その結果、ビスマスよりもテルビウムの含有量が多い組成の、一
般式Tb2x Bi2yWzO3( 0.66<x<0.73、0.135<y<0.19、0.11<z<0.175、但し
、x+y+z=1)で示されるテルビウム・ビスマス・タングステン酸化物固溶体は、図
1に示すような粉末X線回折パターンを与える新規な単斜晶系構造をもつ新物質であり、
意外にも、従来のビスマス複酸化物と異なって酸化物イオン伝導ではなく、電子あるいは
ホール伝導に起因する良好な電気伝導性を呈することを発見した。
9、0.11<z<0.175、但し、x+y+z=1)で示される新規な単斜晶系の構造を有する
テルビウム・ビスマス・タングステン酸化物固溶体からなることを特徴とする電気伝導材
料である。0.66<x<0.73、0.135<y<0.19、0.11<z<0.175の固溶領域は粉末X線回
折結果から求められた。この組成領域外では単斜晶系の単一相とはならず、混合物となっ
てしまい、特性の劣化を誘起してしまう。
例えばx=0.6725、y=0.17、z=0.1575 の組成では150℃における電気伝導度が10-4S c
m-1、250℃では10-3S cm-1であり、図2に示されるように半導体特性を有している
。
以下の手順で製造することができる。すなわち、酸化テルビウム(Tb2O3)もしくは加熱さ
れることにより酸化テルビウムに分解される化合物と、酸化ビスマス(Bi2O3)もしくは加
熱されることにより酸化ビスマスに分解される化合物と、さらに、酸化タングステン(WO3
)もしくは加熱されることにより酸化タングステンに分解される化合物とを、その割合が
モル比でTb2O3 : Bi2O3 : WO3がx:y:z(ここで、0.66<x<0.73、0.135<y<0.19
、0.11<z<0.175、但し、x+y+z=1)となるように秤量・混合した出発原料を空
気中或いは酸化雰囲気下で1050℃以上1200℃未満の温度で加熱し、固相反応させ
ることにより得られる。1050℃未満の温度では固相反応が進まず、1200℃を越え
るとビスマスの蒸発が生じる恐れがある。望ましくは1100〜1150℃の温度である
。固相反応は試料の量によるが、10g程度では20時間程度で完了する。
する。代表的な組成の電気伝導度(S cm-1)の150℃、250℃、350℃、450℃で
の常用対数値を表1に掲げる。
純度がいずれも、99.9%以上のテルビウム酸化物(Tb4O7)、酸化ビスマス(Bi2O3)、
酸化タングステン(WO3)の粉末を、Tb2O3:Bi2O3:WO3がモル比で67.25:17:15.75となる
ように秤量し、メノウ乳鉢中で十分に混合した。この混合物を白金ルツボに充填し、電気
炉で室温から加熱し始め空気中、1150℃で60時間保った後、ルツボを電気炉から取
り出した。
δ-Bi2O3型類似の擬面心立方晶系の構造を副格子とした六方晶系(菱面体晶系)の超格子
を形成していることを示唆している。しかしながら、指数付けの結果と、擬面心立方晶副
格子内の金属原子の配列による対称性を検討した結果から、真の格子は単斜晶系で、その
格子定数はa=13.0416Å、b=7.5309Å、c=9.4071Å、β=89.999°であった。
径4.5mmの金型を使用して長さ13mmの圧粉円柱体を作製し、その圧粉体をさらに
200MPaの静水圧で等方的に圧縮した後、電気炉中で1150℃で12時間加熱焼結
した。この焼結体の両面に金ペーストを塗布して電極とし、交流インピーダンス法の電気
伝導度測定用試料とした。電気炉中に設置した試料の電気抵抗を150℃から700℃ま
で20℃の温度間隔で昇温と降温過程で測定した。その結果は図2に示すように良好な半
導性電気伝導を示した。
良好な電気伝導性を示すことから、燃料電池等の電極、特定のガスを検知するセンサー、
或いは有機物の酸化触媒等の材料としての用途を有する。
Claims (2)
- 単斜晶系の構造を有する一般式Tb2xBi2yWzO3( 0.66<x<0.73、0.135<y<0.19
、0.11<z<0.175、但し、x+y+z=1)で示されるテルビウム・ビスマス・タングス
テン酸化物固溶体からなる電気伝導材料。 - 酸化テルビウム(Tb2O3)もしくは加熱されることにより酸化テルビウムに分解される化合
物と、酸化ビスマス(Bi2O3)もしくは加熱されることにより酸化ビスマスに分解される化
合物と、さらに、酸化タングステン(WO3)もしくは加熱されることにより酸化タングステ
ンに分解される化合物とを、その割合がモル比でTb2O3:Bi2O3:WO3がx:y:z(ここで
、0.66<x<0.73、0.135<y<0.19、0.11<z<0.175、但し、x+y+z=1)となる
ように秤量・混合した出発原料を空気中或いは酸化雰囲気下で1050℃以上の温度で加熱す
ることにより、一般式Tb2xBi2yWzO3( 0.66<x<0.73、0.135<y<0.19、0.11<
z<0.175、但し、x+y+z=1)で示される単斜晶系の構造を有する電気伝導性テルビ
ウム・ビスマス・タングステン酸化物固溶体を製造する方法。
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JP2005170783A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-30 | National Institute For Materials Science | ビスマス・テルビウム・タングステン酸化物固溶体からなる電気伝導材料及びその製造方法 |
DE102008008752A1 (de) | 2007-02-15 | 2008-08-28 | FUJITSU LIMITED, Kawasaki-shi | Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür |
CN104445415A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-03-25 | 江苏大学 | 一种新型Bi3.84W0.16O6.24纳米材料及其制备方法和应用 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP3443638B2 (ja) * | 2000-01-11 | 2003-09-08 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 酸化物イオン伝導体用ビスマス・タングステン・コバルト酸化物系およびビスマス・タングステン・ニオブ酸化物系の固溶体およびその製造法 |
JP2005170783A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-30 | National Institute For Materials Science | ビスマス・テルビウム・タングステン酸化物固溶体からなる電気伝導材料及びその製造方法 |
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2005
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