JP5880475B2 - Functional oxide, method for producing functional oxide, electrochemical device, sensor and equipment - Google Patents
Functional oxide, method for producing functional oxide, electrochemical device, sensor and equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP5880475B2 JP5880475B2 JP2013051431A JP2013051431A JP5880475B2 JP 5880475 B2 JP5880475 B2 JP 5880475B2 JP 2013051431 A JP2013051431 A JP 2013051431A JP 2013051431 A JP2013051431 A JP 2013051431A JP 5880475 B2 JP5880475 B2 JP 5880475B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oxide
- functional
- metal oxide
- functional oxide
- sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Compounds Of Iron (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Description
本開示は、機能性酸化物、機能性酸化物の製造方法、電気化学デバイス、センサおよび機器に関する。より詳細には、本開示は、例えば、各種の電気化学デバイスの固体電解質に用いて好適な機能性酸化物、その製造方法、この機能性酸化物を固体電解質として用いた各種の電気化学デバイス、酸化性ガスあるいは温度を検出するセンサおよびこのセンサを用いた各種の機器に関する。 The present disclosure relates to a functional oxide, a method for producing the functional oxide, an electrochemical device, a sensor, and an apparatus. More specifically, the present disclosure includes, for example, functional oxides suitable for use in solid electrolytes of various electrochemical devices, methods for producing the same, various electrochemical devices using the functional oxides as solid electrolytes, The present invention relates to a sensor for detecting an oxidizing gas or temperature and various devices using the sensor.
FePtナノ粒子は磁性材料として有用である(例えば、特許文献1、2参照。)。従来、FePtナノ粒子は、典型的には湿式法で合成され、界面活性剤により液中に分散された形で得られる(例えば、特許文献3、4参照。)。 FePt nanoparticles are useful as magnetic materials (see, for example, Patent Documents 1 and 2). Conventionally, FePt nanoparticles are typically synthesized by a wet method and obtained in a form dispersed in a liquid using a surfactant (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
しかしながら、FePtナノ粒子を用いてデバイスを製造する場合には、液中に分散された形で存在するFePtナノ粒子を収集して使用する必要があるため、取り扱いが煩雑であるだけでなく、このFePtナノ粒子の集合体を用いるなど、使用方法は限られていた。 However, when manufacturing a device using FePt nanoparticles, it is necessary to collect and use FePt nanoparticles present in a dispersed form in a liquid. The method of use has been limited, such as using aggregates of FePt nanoparticles.
そこで、本開示が解決しようとする課題は、超イオン伝導体や触媒などの各種の機能性材料として用いることができ、しかも製造および取り扱いが容易な機能性酸化物およびこの機能性酸化物を容易に製造することができる機能性酸化物の製造方法を提供することである。 Thus, the problem to be solved by the present disclosure is that a functional oxide that can be used as various functional materials such as superionic conductors and catalysts, and that is easy to manufacture and handle, and the functional oxide can be easily used. It is providing the manufacturing method of the functional oxide which can be manufactured in this.
本開示が解決しようとする他の課題は、上記のような優れた機能性酸化物を固体電解質として用いた高性能の電気化学デバイスを提供することである。 Another problem to be solved by the present disclosure is to provide a high-performance electrochemical device using the above-described excellent functional oxide as a solid electrolyte.
本開示が解決しようとするさらに他の課題は、上記のような優れた機能性酸化物を用いたセンサおよびこのセンサを用いた機器を提供することである。 Still another problem to be solved by the present disclosure is to provide a sensor using the excellent functional oxide as described above and a device using the sensor.
上記課題およびその他の課題は、添付図面を参照した本明細書の以下の記述によって明らかとなるであろう。 The above and other problems will become apparent from the following description of the present specification with reference to the accompanying drawings.
上記課題を解決するために、本開示は、
ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物と、
上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物である。
In order to solve the above problems, the present disclosure provides:
A metal oxide having a perovskite crystal structure;
It is a functional oxide containing FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide.
上記の金属酸化物は、好適には、還元性雰囲気において安定で、かつ酸化性雰囲気においてFeおよびPtを固溶させることができるものである。この金属酸化物は、具体的には、例えば、A(M,Fe)O3-y (ただし、A=Ca,Sr,Ba;M=Ti,Zr;0≦y<3)またはLn(M,Fe)O3-y (ただし、Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm;M=Al,Ga,Sc;0≦y<3)からなる。ここで、yは酸素欠損であり、金属酸化物がペロブスカイト型の結晶構造を保持することができる限り、特に限定されないが、一般的には小さく、例えば0.5以下である。機能性酸化物は、例えば、超イオン伝導体や触媒などのほか、酸素フィルター材料などとして用いることができる。 The metal oxide is preferably one that is stable in a reducing atmosphere and can dissolve Fe and Pt in an oxidizing atmosphere. Specifically, this metal oxide is, for example, A (M, Fe) O 3-y (where A = Ca, Sr, Ba; M = Ti, Zr; 0 ≦ y <3) or Ln (M , Fe) O 3-y (where Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm; M = Al, Ga, Sc; 0 ≦ y <3). Here, y is an oxygen deficiency and is not particularly limited as long as the metal oxide can maintain a perovskite crystal structure, but is generally small, for example, 0.5 or less. The functional oxide can be used as, for example, an oxygen filter material in addition to a superionic conductor and a catalyst.
典型的な例では、金属酸化物は、SrTi1-x Fex O3-y (0.09≦x≦0.11;0≦y<3)である。 In a typical example, metal oxide, SrTi 1-x Fe x O 3-y; a (0.09 ≦ x ≦ 0.11 0 ≦ y <3).
また、本開示は、
ペロブスカイト型の結晶構造を有し、FeおよびPtと異なる少なくとも二種類以上の金属を含む金属酸化物と、FeおよびPtの原料とを含む混合物を還元性雰囲気において加熱して還元処理を行うことにより、FePtナノ粒子を析出させる機能性酸化物の製造方法である。
In addition, this disclosure
By performing a reduction treatment by heating a mixture containing a metal oxide having a perovskite-type crystal structure and containing at least two kinds of metals different from Fe and Pt and a raw material of Fe and Pt in a reducing atmosphere. This is a method for producing a functional oxide for depositing FePt nanoparticles.
ここで、典型的には、例えば、金属酸化物を還元性雰囲気において600℃以上1000℃以下の温度に加熱して還元処理を行う。還元性雰囲気としては、例えば、水素(H2 )、一酸化炭素(CO)、硫化水素(H2 S)、二酸化硫黄(SO2 )などが挙げられる。FeおよびPtと異なる少なくとも二種類以上の金属は、例えば、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Pr、NdおよびSmからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属とTi、Zr、Al、GaおよびScからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属とを含む。 Here, typically, for example, the reduction treatment is performed by heating the metal oxide to a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in a reducing atmosphere. Examples of the reducing atmosphere include hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), hydrogen sulfide (H 2 S), sulfur dioxide (SO 2 ), and the like. At least two kinds of metals different from Fe and Pt are, for example, at least one kind of metal selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd and Sm, and Ti, Zr, Al, and Ga. And at least one metal selected from the group consisting of Sc.
また、本開示は、
固体電解質を有し、
上記固体電解質は、
ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物と、
上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物を含む電気化学デバイスである。
In addition, this disclosure
Having a solid electrolyte,
The solid electrolyte is
A metal oxide having a perovskite crystal structure;
An electrochemical device comprising a functional oxide comprising FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide.
電気化学デバイスは、基本的にはどのようなものであってもよいが、具体的には、例えば、リチウム(Li)などを用いる各種の電池、キャパシタ、センサ、Liイオンフィルタなどである。電池は、一次電池、二次電池、空気電池、燃料電池などである。二次電池は、例えばリチウムイオン電池であり、固体電解質の使用により全固体リチウムイオン電池を実現することができる。 The electrochemical device may be basically any device, and specifically, for example, various batteries using lithium (Li) or the like, capacitors, sensors, Li ion filters, and the like. The battery is a primary battery, a secondary battery, an air battery, a fuel cell, or the like. The secondary battery is, for example, a lithium ion battery, and an all solid lithium ion battery can be realized by using a solid electrolyte.
また、本開示は、
ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物と、
上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物を含むセンサである。
In addition, this disclosure
A metal oxide having a perovskite crystal structure;
The sensor includes a functional oxide including FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide.
このセンサは、典型的には、機能性酸化物を酸化性雰囲気に晒した時にFePtナノ粒子が固溶する最高の温度(以下、必要に応じて臨界温度と言う)以下の温度に保持して使用され、または、機能性酸化物を酸化性雰囲気に晒した状態で使用される。酸化性雰囲気としては、例えば、空気、酸素(O2 )、オゾン(O3 )、二酸化炭素(CO2 )などが挙げられる。このセンサは、FePtナノ粒子が固溶した時、機能性酸化物が磁性を失う現象を用いることができる。すなわち、このセンサを臨界温度以下の温度に保持すると、機能性酸化物が酸化性雰囲気に晒された時、磁性を有するFePtナノ粒子が固溶して消失することにより機能性酸化物が磁性を失うから、これを電気的または磁気的に検出することにより、機能性酸化物が酸化性雰囲気に晒されたことを検出することができる。あるいは、このセンサの機能性酸化物を酸化性雰囲気に晒した状態に置くと、臨界温度以下の温度では、磁性を有するFePtナノ粒子が固溶して消失することにより機能性酸化物が磁性を失うから、これを電気的または磁気的に検出することにより、臨界温度以下の温度であることを検出することができる。 This sensor is typically held at a temperature below the maximum temperature at which the FePt nanoparticles are dissolved (hereinafter referred to as critical temperature if necessary) when the functional oxide is exposed to an oxidizing atmosphere. It is used in a state where the functional oxide is exposed to an oxidizing atmosphere. Examples of the oxidizing atmosphere include air, oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), carbon dioxide (CO 2 ), and the like. This sensor can use a phenomenon in which the functional oxide loses magnetism when the FePt nanoparticles are dissolved. That is, when this sensor is kept at a temperature below the critical temperature, when the functional oxide is exposed to an oxidizing atmosphere, the FePt nanoparticles having magnetic properties dissolve and disappear, so that the functional oxide becomes magnetic. Therefore, it is possible to detect that the functional oxide has been exposed to the oxidizing atmosphere by detecting it electrically or magnetically. Alternatively, when the functional oxide of this sensor is exposed to an oxidizing atmosphere, the functional oxide becomes magnetic at a temperature lower than the critical temperature because the magnetic FePt nanoparticles dissolve and disappear. Therefore, by detecting this electrically or magnetically, it is possible to detect that the temperature is lower than the critical temperature.
また、本開示は、
少なくとも一つのセンサを有し、
上記センサが、
ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物と、
上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物を含む機器である。
In addition, this disclosure
Having at least one sensor,
The sensor
A metal oxide having a perovskite crystal structure;
The device includes a functional oxide including FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide.
この機器は、センサの出力を用いて何らかの動作制御(スイッチングなど)を行うものであれば、基本的にはどのような機器であってもよい。この機器の一例を挙げると、臨界温度以下の温度で必要な処理を行う各種の処理装置であって、処理室内部に酸化性ガスの侵入があると目的とする処理に障害が生じるものの処理室内部に取り付ける安全装置である。すなわち、この安全装置では、センサを臨界温度以下の温度に保持すると、処理室が何らかの理由によりリークしたり、処理室に何種類かのガスを導入するための何系統かのガス導入管が設けられている場合にガスの切換事故が生じたりした結果、機能性酸化物が酸化性ガス、すなわち酸化性雰囲気に晒された時、FePtナノ粒子が固溶して消失することにより機能性酸化物が磁性を失うから、これを電気的または磁気的に検出することにより、処理室内部に酸化性ガスが侵入したことを検出することができる。そして、この時のセンサの出力を用いて、処理を停止したり、処理室へのガスの供給を停止したりすることができる。こうすることで、処理装置を安全に稼働させることができる。 This device may be basically any device as long as it performs some kind of operation control (switching or the like) using the output of the sensor. As an example of this equipment, various processing devices that perform necessary processing at a temperature lower than the critical temperature, and if the intrusion of an oxidizing gas into the processing chamber causes a failure in the target processing, the processing chamber It is a safety device installed inside. That is, in this safety device, if the sensor is held at a temperature lower than the critical temperature, the processing chamber leaks for some reason, or several gas introduction pipes are provided to introduce several kinds of gases into the processing chamber. If the functional oxide is exposed to an oxidizing gas, that is, an oxidizing atmosphere as a result of a gas switching accident, the FePt nanoparticles dissolve and disappear, thereby causing the functional oxide to disappear. Therefore, it is possible to detect that the oxidizing gas has entered the inside of the processing chamber by detecting this electrically or magnetically. Then, using the output of the sensor at this time, the processing can be stopped, or the supply of gas to the processing chamber can be stopped. By doing so, the processing apparatus can be operated safely.
上述の本開示においては、機能性酸化物は金属酸化物中にFePtナノ粒子が分散したものであるため、取り扱いが容易である。また、この機能性酸化物は、ペロブスカイト型の結晶構造を有し、FeおよびPtと異なる少なくとも二種類以上の金属を含む金属酸化物と、FeおよびPtの原料とを含む混合物を出発原料として簡便なプロセスを経て容易に製造することができる。 In the present disclosure described above, the functional oxide is easy to handle because FePt nanoparticles are dispersed in the metal oxide. In addition, this functional oxide has a perovskite type crystal structure, and a simple starting material is a mixture containing a metal oxide containing at least two kinds of metals different from Fe and Pt and a raw material of Fe and Pt. It can be easily manufactured through a simple process.
本開示によれば、超イオン伝導体や触媒などの各種の機能性材料として用いることができ、しかも製造および取り扱いが容易な機能性酸化物を得ることができる。そして、このような優れた機能性酸化物を例えば固体電解質に用いて全固体リチウムイオン電池などの各種の高性能の電気化学デバイスを実現することができる。あるいは、酸化性雰囲気あるいは温度を検出可能な新規な原理に基づくセンサを実現することができる。さらに、このセンサを用いて新規な原理に基づく各種の機器を実現することができる。 According to the present disclosure, it is possible to obtain a functional oxide that can be used as various functional materials such as a superionic conductor and a catalyst, and that is easy to manufacture and handle. And various high performance electrochemical devices, such as an all-solid-state lithium ion battery, can be implement | achieved using such an outstanding functional oxide for a solid electrolyte. Alternatively, a sensor based on a novel principle capable of detecting an oxidizing atmosphere or temperature can be realized. Furthermore, various devices based on a novel principle can be realized using this sensor.
以下、発明を実施するための形態(以下「実施の形態」とする)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(機能性酸化物およびその製造方法)
2.第2の実施の形態(全固体リチウムイオン電池)
3.第3の実施の形態(ガス/温度センサ)
4.第4の実施の形態(処理装置)
Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described. The description will be given in the following order.
1. 1st Embodiment (functional oxide and its manufacturing method)
2. Second embodiment (all-solid-state lithium ion battery)
3. Third embodiment (gas / temperature sensor)
4). Fourth embodiment (processing apparatus)
〈1.第1の実施の形態〉
[機能性酸化物]
図1に示すように、この機能性酸化物10は、母相であるペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物11と、この金属酸化物11中に多数分散したFePtナノ粒子12とからなる。
<1. First Embodiment>
[Functional oxides]
As shown in FIG. 1, the functional oxide 10 includes a metal oxide 11 having a perovskite crystal structure as a parent phase, and FePt nanoparticles 12 dispersed in the metal oxide 11.
FePtナノ粒子12の大きさは、一般的には0.5nm以上100nm以下、典型的には1nm以上20nm以下であるが、これに限定されるものではない。 The size of the FePt nanoparticles 12 is generally 0.5 nm to 100 nm, typically 1 nm to 20 nm, but is not limited thereto.
金属酸化物11としては、例えば、2−4型ペロブスカイト酸化物であるA(M,Fe)O3-y (ただし、A=Ca,Sr,Ba;M=Ti,Zr;0≦y<3)または3−3型ペロブスカイト酸化物であるLn(M,Fe)O3-y (ただし、Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm;M=Al,Ga,Sc;0≦y<3)からなり、これらの中から機能性酸化物に持たせようとする機能に応じて適宜選ばれる。 Examples of the metal oxide 11 include A (M, Fe) O 3-y which is a 2-4 type perovskite oxide (where A = Ca, Sr, Ba; M = Ti, Zr; 0 ≦ y <3). ) Or Ln (M, Fe) O 3-y which is a 3-3 type perovskite oxide (where Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm; M = Al, Ga, Sc; 0 ≦ y <3) From these, it is appropriately selected according to the function to be given to the functional oxide.
機能性酸化物10中のFePtナノ粒子12の体積分率は、特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、金属酸化物11の1vol%以上10vol%以下であり、典型的には1vol%以上3vol%以下である。あるいは、機能性酸化物10中のFePtナノ粒子12のモル比は、例えば、1mol(モル)の金属酸化物11に対して0.04mol以上0.4mol以下、典型的には0.04mol以上0.12mol以下である。 The volume fraction of the FePt nanoparticles 12 in the functional oxide 10 is not particularly limited and is selected as necessary. For example, the volume fraction of the metal oxide 11 is 1 vol% or more and 10 vol% or less, typically It is 1 vol% or more and 3 vol% or less. Alternatively, the molar ratio of FePt nanoparticles 12 in the functional oxide 10 is, for example, 0.04 mol or more and 0.4 mol or less, typically 0.04 mol or more and 0 or less with respect to 1 mol (mol) of the metal oxide 11. .12 mol or less.
[機能性酸化物10の製造方法]
機能性酸化物10の製造方法について説明する。
まず、例えばFeの原料、Ptの原料、並びに、金属酸化物11を構成するFeおよびPtと異なる少なくとも二種類以上の金属の原料を秤量して溶媒に溶解した溶液を調製する。
[Method for Producing Functional Oxide 10]
A method for producing the functional oxide 10 will be described.
First, for example, a raw material of Fe, a raw material of Pt, and at least two kinds of metal raw materials different from Fe and Pt constituting the metal oxide 11 are weighed to prepare a solution dissolved in a solvent.
次に、この溶液を例えば300℃以上500℃以下の温度に加熱した後、例えば室温まで冷却して固形物を得る。 Next, this solution is heated to a temperature of, for example, 300 ° C. or more and 500 ° C. or less, and then cooled to room temperature, for example, to obtain a solid.
次に、こうして得られた固形物を例えば550℃以上650℃以下の温度に、例えば1時間以上30時間以内保持することにより、粉末を得る。 Next, the solid thus obtained is maintained at a temperature of, for example, 550 ° C. or more and 650 ° C. or less, for example, for 1 hour or more and 30 hours or less to obtain a powder.
次に、この粉末を水素雰囲気下(無加湿または微量の水蒸気が存在する。微量の水蒸気とは、通常は空気中の水蒸気、もしくは水にバブリングして出てきた気体が持つ水蒸気程度)で、例えば550℃以上1100℃以下の温度において10分以上3時間以内保持することにより還元処理を行う。この還元処理により、粉末中にFePtナノ粒子を析出させる。この後、必要に応じて、ペレットの密度を上げる等の目的で、例えば大気中において900℃以上1100℃以下の温度で熱処理(焼結)を行う。 Next, the powder is subjected to a hydrogen atmosphere (no humidification or a small amount of water vapor. The small amount of water vapor is usually about the amount of water vapor in the air, or the amount of water vapor contained in the gas bubbling water). For example, the reduction treatment is performed by holding at a temperature of 550 ° C. to 1100 ° C. for 10 minutes to 3 hours. By this reduction treatment, FePt nanoparticles are precipitated in the powder. Thereafter, heat treatment (sintering) is performed, for example, in the atmosphere at a temperature of 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower for the purpose of increasing the density of the pellets, if necessary.
以上により、図1に示すように、金属酸化物11中にFePtナノ粒子12が分散した機能性酸化物10を得ることができる。 As described above, as shown in FIG. 1, the functional oxide 10 in which the FePt nanoparticles 12 are dispersed in the metal oxide 11 can be obtained.
〈実施例〉
・工程1
ビーカーに表1に示した試薬を入れ、100℃以下に加熱されたホットスターラー上で試薬を撹拌して黄色の溶液を得た。
<Example>
・ Process 1
The reagent shown in Table 1 was put into a beaker, and the reagent was stirred on a hot stirrer heated to 100 ° C. or lower to obtain a yellow solution.
・工程2
工程1で得た溶液をホットスターラーで400℃に加熱し、茶褐色の固形物を得た。
・ Process 2
The solution obtained in step 1 was heated to 400 ° C. with a hot stirrer to obtain a brown solid.
・工程3
工程2で得られた固形物をマッフル炉に入れ、600℃で合計20時間保持した。図2に示すように、こうして得られた粉末は、X線回折によりペロブスカイト単相であることが確かめられた。
・ Process 3
The solid obtained in step 2 was placed in a muffle furnace and held at 600 ° C. for a total of 20 hours. As shown in FIG. 2, the powder thus obtained was confirmed to be a perovskite single phase by X-ray diffraction.
・工程4
工程3で得られた粉末を水素雰囲気(無加湿または1.9%水蒸気)下で、600℃または1000℃において1時間保持することにより還元処理を行った。また、これとは別に大気中1000℃において1時間の熱処理を行った。図3に示すように、X線回折により、還元処理後の試料中にFePtナノ粒子が生成したことが示唆された。なお、大気中1000℃の保持では、FePtナノ粒子ではなくPtナノ粒子が生成した。
・ Process 4
The powder obtained in Step 3 was subjected to a reduction treatment by holding it at 600 ° C. or 1000 ° C. for 1 hour under a hydrogen atmosphere (no humidification or 1.9% water vapor). Separately, heat treatment was performed for 1 hour at 1000 ° C. in the atmosphere. As shown in FIG. 3, X-ray diffraction suggested that FePt nanoparticles were generated in the sample after the reduction treatment. In addition, Pt nanoparticles were generated instead of FePt nanoparticles when kept at 1000 ° C. in the atmosphere.
図4に示すように、透過型電子顕微鏡観察/エネルギー分散X線分光(TEM/EDX)により、600℃での還元処理では1nm以上20nm以下程度の大きさのFePtナノ粒子(例えば、図4の上部の左側の部分に二つの円形のFePtナノ粒子が観察される)が析出していることが確認された。 As shown in FIG. 4, FePt nanoparticles having a size of about 1 nm to 20 nm in the reduction treatment at 600 ° C. (for example, in FIG. 4) by transmission electron microscope observation / energy dispersive X-ray spectroscopy (TEM / EDX). It was confirmed that two circular FePt nanoparticles were observed in the upper left part).
FePtナノ粒子が析出した試料を再び大気中600℃で保持すると、X線回折によりFePtナノ粒子がペロブスカイト中へ再固溶したことが示唆された(図3BおよびC参照。)。一方、大気中1000℃で生成したPtナノ粒子は再固溶しなかった(図3A参照。)。 When the sample on which the FePt nanoparticles were deposited was held again at 600 ° C. in the atmosphere, it was suggested by X-ray diffraction that the FePt nanoparticles were re-dissolved in the perovskite (see FIGS. 3B and C). On the other hand, Pt nanoparticles generated at 1000 ° C. in the atmosphere did not re-dissolve (see FIG. 3A).
ここで、特に金属酸化物11がSrTi1-x Fex O3-y (x=0.1;0≦y<3)である場合について、機能性酸化物10の特徴をまとめて説明すると次の(1)〜(4)の通りである。 Here, in particular metal oxide 11 SrTi 1-x Fe x O 3 -y; the case is (x = 0.1 0 ≦ y < 3), will be described together features of functional oxide 10 following (1) to (4).
(1)この機能性酸化物10においては、SrTi1-x Fex O3-y からなる金属酸化物11中に生成したFePtナノ粒子12は、粒径が1nm以上20nm以下と非常に微小である。生成したFePtナノ粒子12は、室温では水素中だけでなく酸化雰囲気中でも消失せず安定である。 (1) In this functional oxide 10, SrTi 1-x Fe x O 3-y FePt nanoparticles was produced in the metal oxide 11 of 12 has a particle size of 1nm or more 20nm or less and very small is there. The produced FePt nanoparticles 12 are stable not only in hydrogen but also in an oxidizing atmosphere at room temperature.
(2)また、生成したFePtナノ粒子12は、還元雰囲気中で高温まで安定であるという性質を持つ。具体的には、生成したFePtナノ粒子12は、高温(例えば1000℃程度まで)還元雰囲気で粒成長せず、微小なナノ粒子として安定に存在する。一方、600℃より高温の酸化雰囲気においては、Pt(FePtではない)の粗粒が析出する。したがって、Ptナノ粒子が母相酸化物中のFeと反応し、合金化してFePtナノ粒子12となることで、高温まで粒成長せず微小粒子として安定に存在すると言える。 (2) Moreover, the produced FePt nanoparticles 12 have a property of being stable up to a high temperature in a reducing atmosphere. Specifically, the generated FePt nanoparticles 12 do not grow in a reducing atmosphere at a high temperature (for example, up to about 1000 ° C.) and exist stably as fine nanoparticles. On the other hand, in an oxidizing atmosphere at a temperature higher than 600 ° C., coarse grains of Pt (not FePt) are precipitated. Therefore, it can be said that the Pt nanoparticles react with Fe in the matrix oxide and are alloyed to become FePt nanoparticles 12 so that they do not grow to a high temperature and exist stably as fine particles.
(3)600℃以下の温度では、酸化雰囲気ではFePtナノ粒子12は母相の酸化物に取り込まれて消失する。すなわち、FePtナノ粒子12の析出(還元雰囲気)、再固溶(酸化雰囲気)は可逆的に起きる。 (3) At a temperature of 600 ° C. or lower, the FePt nanoparticles 12 are taken into the parent phase oxide and disappear in an oxidizing atmosphere. That is, the precipitation (reducing atmosphere) and re-solution (oxidizing atmosphere) of the FePt nanoparticles 12 occur reversibly.
(4)この機能性酸化物10は水素中で安定である。すなわち、SrTiO3 は水素に晒しても安定である。Tiの一部をFeで置換したSrTi1-z Fez O3-y もFeの量が余り多くなければ、水素中で安定である。したがって、この機能性酸化物10あるいはその中に分散したFePtナノ粒子12は還元雰囲気中でも安定である。 (4) This functional oxide 10 is stable in hydrogen. That is, SrTiO 3 is stable even when exposed to hydrogen. SrTi 1-z Fe z O 3-y in which a part of Ti is substituted with Fe is also stable in hydrogen unless the amount of Fe is too large. Therefore, the functional oxide 10 or the FePt nanoparticles 12 dispersed therein are stable even in a reducing atmosphere.
次に、この第1の実施の形態による機能性酸化物10の代表的な応用例について説明する。 Next, a typical application example of the functional oxide 10 according to the first embodiment will be described.
(1)超イオン伝導材料
FePtナノ粒子12が金属酸化物11中に分散した機能性酸化物10は、金属酸化物11とFePtナノ粒子12とのヘテロ界面におけるイオン伝導の増大(エンハンスメント)をバルクの特性に反映した超イオン伝導材料となる。すなわち、図5に示すように、金属酸化物11とFePtナノ粒子12とのヘテロ界面においては、両者の仕事関数の相違により電荷の移動が生じ、空間電荷層13が形成されてバンド屈曲が生じることから、イオン伝導の増大が生じる。この超イオン伝導材料は、例えば各種の電気化学デバイスの固体電解質として用いて好適なものである。
(1) Superionic Conductive Material The functional oxide 10 in which the FePt nanoparticles 12 are dispersed in the metal oxide 11 bulk increases the ionic conduction (enhancement) at the heterointerface between the metal oxide 11 and the FePt nanoparticles 12. It becomes a superionic conductive material reflecting the characteristics of That is, as shown in FIG. 5, at the heterointerface between the metal oxide 11 and the FePt nanoparticle 12, charge movement occurs due to the difference in work function between them, and the space charge layer 13 is formed, resulting in band bending. As a result, an increase in ionic conduction occurs. This superionic conductive material is suitable, for example, as a solid electrolyte for various electrochemical devices.
(2)触媒
FePtナノ粒子12は各種の化学反応の触媒となり、従って機能性酸化物10は全体として触媒として用いることができる。特に酸化還元触媒として用いる際には、高温での耐久性(通常は高温で金属が粗粒化する)は重要なファクターであるが、この機能性酸化物10は高温での耐久性が高いことは既に述べた通りである。また、この機能性酸化物10では、触媒として一定時間使用して触媒の機能が低下した後に機能性酸化物10を例えば600℃以下の温度において酸化性雰囲気に晒すことにより、FePtナノ粒子12を金属酸化物11中に固溶して消失させ、その後、機能性酸化物10を例えば600〜1000℃の温度で還元性雰囲気に晒すことにより、再度FePtナノ粒子12を析出させることができる。こうすることで、FePtナノ粒子12、ひいては機能性酸化物10をリフレッシュすることができ、触媒活性を回復させることができる。
(2) Catalyst The FePt nanoparticles 12 serve as catalysts for various chemical reactions, and thus the functional oxide 10 can be used as a catalyst as a whole. In particular, when used as a redox catalyst, durability at high temperatures (usually metal coarsens at high temperatures) is an important factor, but this functional oxide 10 has high durability at high temperatures. Is as already described. Further, in this functional oxide 10, the FePt nanoparticles 12 are formed by exposing the functional oxide 10 to an oxidizing atmosphere at a temperature of, for example, 600 ° C. or lower after the function of the catalyst is lowered after being used as a catalyst for a certain time. The FePt nanoparticles 12 can be deposited again by exposing the functional oxide 10 to a reducing atmosphere at a temperature of, for example, 600 to 1000 ° C. by dissolving the metal oxide 11 in a solid solution. By doing so, the FePt nanoparticles 12 and thus the functional oxide 10 can be refreshed and the catalytic activity can be recovered.
(3)酸素フィルター
機能性酸化物10は酸素フィルター、特に室温酸素フィルターとして用いることができる。
(3) Oxygen filter The functional oxide 10 can be used as an oxygen filter, particularly a room temperature oxygen filter.
(4)磁性体
FePtナノ粒子12は磁性材料であるため、このFePtナノ粒子12が金属酸化物11中に分散した機能性酸化物10も全体として磁性材料として用いることができる。この機能性酸化物10は、例えば600℃以下の温度において酸化性雰囲気に晒すことにより、FePtナノ粒子12を消失させることができるため、磁性を消失させることができる。すなわち、この機能性酸化物10は、雰囲気の調整により磁性材料と非磁性材料との間の可逆的な変換が可能である。
(4) Magnetic body Since the FePt nanoparticles 12 are a magnetic material, the functional oxide 10 in which the FePt nanoparticles 12 are dispersed in the metal oxide 11 can also be used as a magnetic material as a whole. The functional oxide 10 can lose the magnetism because the FePt nanoparticles 12 can be eliminated by exposing the functional oxide 10 to an oxidizing atmosphere at a temperature of 600 ° C. or less, for example. That is, the functional oxide 10 can be reversibly converted between a magnetic material and a nonmagnetic material by adjusting the atmosphere.
図6および図7はFePtナノ粒子12の析出前後の機能性酸化物10の磁化測定を行った結果を示す。機能性酸化物10は、実施例により作製されたものである。図6に示すように、FePtナノ粒子12の析出前は、外部磁界に関わらず、ほぼ磁化の値が0、すなわち磁性がない。これに対し、図7に示すように、FePtナノ粒子12の析出後は、磁化が外部磁界に依存する磁化(M)−磁界(H)曲線が得られ、磁性が得られた。飽和磁化は約0.5emu/ccである。 6 and 7 show the results of measuring the magnetization of the functional oxide 10 before and after the precipitation of the FePt nanoparticles 12. The functional oxide 10 is produced according to the example. As shown in FIG. 6, before the precipitation of the FePt nanoparticles 12, the magnetization value is almost zero, that is, there is no magnetism, regardless of the external magnetic field. On the other hand, as shown in FIG. 7, after the precipitation of FePt nanoparticles 12, a magnetization (M) -magnetic field (H) curve whose magnetization depends on an external magnetic field was obtained, and magnetism was obtained. The saturation magnetization is about 0.5 emu / cc.
以上のように、この第1の実施の形態によれば、次のような利点を得ることができる。すなわち、ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物11中にFePtナノ粒子12が分散した機能性酸化物10は、取り扱いが容易であり、各種デバイスへの応用範囲も広い。また、金属酸化物11中に分散したFePtナノ粒子12は、雰囲気の調整により、再固溶および再度の析出も自在にできる。そして、この機能性酸化物10は、超イオン伝導体、触媒、酸素フィルター、非磁性材料への変換も容易な磁性材料などの各種の機能性材料として用いることができる。 As described above, according to the first embodiment, the following advantages can be obtained. That is, the functional oxide 10 in which the FePt nanoparticles 12 are dispersed in the metal oxide 11 having a perovskite crystal structure is easy to handle and has a wide range of applications to various devices. Further, the FePt nanoparticles 12 dispersed in the metal oxide 11 can be freely re-dissolved and precipitated again by adjusting the atmosphere. The functional oxide 10 can be used as various functional materials such as a superionic conductor, a catalyst, an oxygen filter, and a magnetic material that can be easily converted into a nonmagnetic material.
また、例えば、この優れた機能性酸化物10は、例えば全固体リチウムイオン電池の固体電解質として応用することで従来のリチウムイオン電池と同程度の充放電特性を示し、かつ極めて安全性が高い電池を実現することができる。 In addition, for example, the excellent functional oxide 10 is applied as a solid electrolyte of, for example, an all-solid-state lithium ion battery, thereby exhibiting charge / discharge characteristics comparable to those of a conventional lithium-ion battery, and extremely safe. Can be realized.
〈2.第2の実施の形態〉
[全固体リチウムイオン電池]
次に、第2の実施の形態について説明する。この第2の実施の形態においては、固体電解質層として、第1の実施の形態による機能性酸化物10を用いる。
<2. Second Embodiment>
[All-solid-state lithium-ion battery]
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, the functional oxide 10 according to the first embodiment is used as the solid electrolyte layer.
図8はこの全固体リチウムイオン電池の基本構成を模式的に示す。 FIG. 8 schematically shows the basic configuration of this all solid-state lithium ion battery.
図8に示すように、この全固体リチウムイオン電池は、正極20と負極30とが固体電解質を構成する機能性酸化物10を介して対向した構造を有する。正極20としては、例えばコバルト酸リチウム(LCO)系材料(典型的にはLiCoO2 )、ニッケル酸リチウム(LNO)系材料、ニッケル・コバルト・マンガン(NCM)系材料、マンガン酸リチウム(LMO)系材料、オリビン系材料、硫黄(S)系材料などが用いられるが、これらに限定されるものではない。負極30としては、例えば、グラファイト、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、チタン酸リチウム(LTO)等を含む材料などが用いられるが、これらに限定されるものではない。 As shown in FIG. 8, this all solid lithium ion battery has a structure in which a positive electrode 20 and a negative electrode 30 are opposed to each other with a functional oxide 10 constituting a solid electrolyte. Examples of the positive electrode 20 include lithium cobaltate (LCO) -based materials (typically LiCoO 2 ), lithium nickelate (LNO) -based materials, nickel-cobalt-manganese (NCM) -based materials, and lithium manganate (LMO) -based materials. Materials, olivine-based materials, sulfur (S) -based materials and the like are used, but are not limited thereto. Examples of the negative electrode 30 include, but are not limited to, a material containing graphite, silicon (Si), tin (Sn), zinc (Zn), lithium titanate (LTO), or the like.
[全固体リチウムイオン電池の動作]
この全固体リチウムイオン電池においては、 充電時には、リチウムイオン(Li+ )が正極20から固体電解質を構成する機能性酸化物10を通って負極30に移動することにより電気エネルギーを化学エネルギーに変換して蓄電する。放電時には、負極30から機能性酸化物10を通って正極20にリチウムイオンが戻ることにより電気エネルギーを発生させる。
[Operation of all-solid-state lithium-ion battery]
In this all-solid-state lithium ion battery, during charging, lithium ions (Li + ) move from the positive electrode 20 through the functional oxide 10 constituting the solid electrolyte to the negative electrode 30 to convert electrical energy into chemical energy. To store electricity. At the time of discharging, lithium ions return from the negative electrode 30 through the functional oxide 10 to the positive electrode 20 to generate electric energy.
この第2の実施の形態によれば、電解質層として機能性酸化物10からなる固体電解質を用いた新規な全固体リチウムイオン電池を実現することができる。この全固体リチウムイオン電池は、従来のリチウムイオン電池と同程度の充放電特性を示し、かつ極めて高い安全性を得ることができる。 According to the second embodiment, a novel all-solid lithium ion battery using a solid electrolyte made of the functional oxide 10 as the electrolyte layer can be realized. This all-solid-state lithium ion battery exhibits the same charge / discharge characteristics as a conventional lithium ion battery, and can obtain extremely high safety.
この全固体リチウムイオン電池は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(携帯情報端末)、携帯電話、コードレスフォン子機、ビデオムービー、デジタルスチルカメラ、電子書籍、電子辞書、携帯音楽プレイヤー、ラジオ、ヘッドホン、ゲーム機、ナビゲーションシステム、メモリーカード、心臓ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗浄器、洗濯機、乾燥機、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機、鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車(ハイブリッド自動車を含む)などの駆動用電源または補助用電源、住宅をはじめとする建築物または発電設備用の電力貯蔵用電源などに搭載し、あるいは、これらに電力を供給するために使用することができる。電気自動車において、電力を供給することにより電力を駆動力に変換する変換装置は、一般的にはモーターである。車両制御に関する情報処理を行う制御装置としては、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う制御装置などが含まれる。このリチウムイオン電池は、いわゆるスマートグリッドにおける蓄電装置としても用いることができる。このような蓄電装置は、電力を供給するだけでなく、他の電力源から電力の供給を受けることにより蓄電することができる。他の電力源としては、例えば、火力発電、原子力発電、水力発電、太陽電池、風力発電、地熱発電、燃料電池(バイオ燃料電池を含む)などを用いることができる。
This all-solid-state lithium ion battery is, for example, a notebook personal computer, a PDA (personal digital assistant), a mobile phone, a cordless phone, a video movie, a digital still camera, an electronic book, an electronic dictionary, a portable music player, a radio, a headphone , Game machine, navigation system, memory card, heart pacemaker, hearing aid, electric tool, electric shaver, refrigerator, air conditioner, TV, stereo, water heater, microwave oven, dishwasher, washing machine, dryer, lighting equipment, toy, Driving power or auxiliary power for medical devices, robots, road conditioners, traffic lights, railway cars, golf carts, electric carts, electric cars (including hybrid cars), power for buildings or power generation facilities such as houses Installed in storage power supply, etc. It can be used to power these. In an electric vehicle, a conversion device that converts electric power into driving force by supplying electric power is generally a motor. Examples of the control device that performs information processing related to vehicle control include a control device that displays the remaining battery level based on information related to the remaining battery level. This lithium ion battery can also be used as a power storage device in a so-called smart grid. Such a power storage device can not only supply power but also store power by receiving power from another power source. As other power sources, for example, thermal power generation, nuclear power generation, hydroelectric power generation, solar cells, wind power generation, geothermal power generation, fuel cells (including biofuel cells) and the like can be used.
〈3.第3の実施の形態〉
[ガス/温度センサ]
次に、第3の実施の形態について説明する。この第3の実施の形態においては、センサ材料として、第1の実施の形態による機能性酸化物10を用いる。
<3. Third Embodiment>
[Gas / temperature sensor]
Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, the functional oxide 10 according to the first embodiment is used as a sensor material.
図9はこのガス/温度センサの基本構成を模式的に示す。 FIG. 9 schematically shows the basic configuration of this gas / temperature sensor.
図9に示すように、このガス/温度センサにおいては、図示省略した磁気センサを有する支持体40上にセンサ材料としての機能性酸化物10が設けられている。磁気センサとしては、従来公知の各種のものを用いることができるが、例えばホール素子である。この磁気センサは、機能性酸化物10付近の磁界を測定するためのものであり、機能性酸化物10中のFePtナノ粒子12が磁性を有する時には磁界が測定され、FePtナノ粒子12が消失した時には磁界が測定されない。 As shown in FIG. 9, in this gas / temperature sensor, a functional oxide 10 as a sensor material is provided on a support 40 having a magnetic sensor (not shown). As the magnetic sensor, various conventionally known ones can be used, for example, a Hall element. This magnetic sensor is for measuring the magnetic field in the vicinity of the functional oxide 10, and when the FePt nanoparticles 12 in the functional oxide 10 have magnetism, the magnetic field is measured and the FePt nanoparticles 12 disappear. Sometimes the magnetic field is not measured.
[ガス/温度センサの動作]
例えば、機能性酸化物10を臨界温度(例えば、600℃)以下の温度に保持する。この状態では、この機能性酸化物10を取り巻く雰囲気は酸化性雰囲気ではない。このとき、機能性酸化物10中に存在するFePtナノ粒子12が磁性を有することにより、磁気センサにより磁界が検出される。何らかの理由により、機能性酸化物10が酸化性雰囲気に晒されると、機能性酸化物10中のFePtナノ粒子12が消失するため、磁気センサにより検出される磁界が減少するか、磁界が検出されなくなる。このため、磁気センサで機能性酸化物10付近の磁界を検出することにより、機能性酸化物10が酸化性雰囲気に晒されたことを検出することができる。言い換えると、酸化性雰囲気を検出することができる。
[Operation of gas / temperature sensor]
For example, the functional oxide 10 is held at a temperature not higher than a critical temperature (for example, 600 ° C.). In this state, the atmosphere surrounding the functional oxide 10 is not an oxidizing atmosphere. At this time, since the FePt nanoparticles 12 present in the functional oxide 10 have magnetism, the magnetic field is detected by the magnetic sensor. When the functional oxide 10 is exposed to an oxidizing atmosphere for some reason, the FePt nanoparticles 12 in the functional oxide 10 disappear, so that the magnetic field detected by the magnetic sensor decreases or the magnetic field is detected. Disappear. For this reason, it is possible to detect that the functional oxide 10 has been exposed to an oxidizing atmosphere by detecting the magnetic field in the vicinity of the functional oxide 10 with a magnetic sensor. In other words, an oxidizing atmosphere can be detected.
この第3の実施の形態によれば、新規な原理に基づくガス/温度センサを実現することができる。 According to the third embodiment, a gas / temperature sensor based on a novel principle can be realized.
〈4.第4の実施の形態〉
[処理装置]
次に、第4の実施の形態について説明する。この第4の実施の形態においては、処理装置について説明する。
<4. Fourth Embodiment>
[Processing equipment]
Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, a processing apparatus will be described.
図10はこの処理装置の処理室50を示す。この処理装置は、処理室50の内部に酸化性ガスの侵入があると障害が生じる各種の処理を行うためのものである。処理室50の壁には各種の非酸化性ガスを処理室50の内部に導入するためのガス配管51が少なくとも一つ取り付けられている。処理室50の内壁には、図示省略した固定具によりガス/温度センサ52が取り付けられている。ガス/温度センサ52としては、第3の実施の形態によるガス/温度センサを用いる。ガス/温度センサ52の出力は、処理装置の制御回路に送られ、処理装置の運転を制御することができるようになっている。図示は省略するが、処理室50には真空排気系が接続されており、処理室50の内部を真空排気することができるようになっている。 FIG. 10 shows the processing chamber 50 of this processing apparatus. This processing apparatus is for performing various types of processing in which a failure occurs when an oxidizing gas enters the processing chamber 50. At least one gas pipe 51 for introducing various non-oxidizing gases into the processing chamber 50 is attached to the wall of the processing chamber 50. A gas / temperature sensor 52 is attached to the inner wall of the processing chamber 50 by a fixture (not shown). As the gas / temperature sensor 52, the gas / temperature sensor according to the third embodiment is used. The output of the gas / temperature sensor 52 is sent to the control circuit of the processing apparatus so that the operation of the processing apparatus can be controlled. Although not shown, an evacuation system is connected to the processing chamber 50 so that the inside of the processing chamber 50 can be evacuated.
[処理装置の使用方法]
この処理装置の使用方法について説明する。
まず、ガス/温度センサ52を臨界温度(例えば、600℃)以下の温度に保持するとする。処理室50が何らかの理由によりリークしたり、処理室50に何種類かのガスを導入するための何系統かのガス導入管が設けられている場合にガスの切換事故が生じたりしたとする。この結果、機能性酸化物10が酸化性ガス、すなわち酸化性雰囲気に晒された時、FePtナノ粒子12が固溶して消失することにより機能性酸化物10が磁性を失うから、これを電気的または磁気的に検出することにより、処理室50の内部に酸化性ガスが侵入したことを検出することができる。そして、この時のガス/温度センサ52の出力を用いて、処理装置の運転を停止して処理を中止したり、処理室50へのガス配管51からのガスの供給を停止したりすることができる。こうすることで、処理装置を安全に稼働させることができる。すなわち、ガス/温度センサ52を安全装置として用いることができる。
[Usage of processing equipment]
A method of using this processing apparatus will be described.
First, it is assumed that the gas / temperature sensor 52 is maintained at a temperature equal to or lower than a critical temperature (for example, 600 ° C.). It is assumed that the processing chamber 50 leaks for some reason or a gas switching accident occurs when several systems of gas introduction pipes for introducing several kinds of gases are provided in the processing chamber 50. As a result, when the functional oxide 10 is exposed to an oxidizing gas, that is, an oxidizing atmosphere, the FePt nanoparticles 12 lose their magnetism due to the solid solution and disappearance. By detecting the target or magnetically, it is possible to detect that the oxidizing gas has entered the processing chamber 50. Then, using the output of the gas / temperature sensor 52 at this time, the operation of the processing apparatus may be stopped to stop the processing, or the supply of gas from the gas pipe 51 to the processing chamber 50 may be stopped. it can. By doing so, the processing apparatus can be operated safely. That is, the gas / temperature sensor 52 can be used as a safety device.
この第4の実施の形態によれば、処理室50の内部にガス/温度センサ52が取り付けられていることにより、処理装置を安全に稼働させることができる。 According to the fourth embodiment, since the gas / temperature sensor 52 is attached inside the processing chamber 50, the processing apparatus can be operated safely.
以上、本開示の実施の形態および実施例について具体的に説明したが、本開示は、上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。 Although the embodiments and examples of the present disclosure have been specifically described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications can be made.
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、構成、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、構成、形状、材料などを用いてもよい。 For example, the numerical values, structures, configurations, shapes, materials, and the like given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different numerical values, structures, configurations, shapes, materials, etc. are used as necessary. Also good.
なお、金属酸化物11中に分散させるナノ粒子としてはFePtナノ粒子12以外に、他の合金または単体金属からなるナノ粒子、さらには金属酸化物11と異なる金属酸化物からなるナノ粒子を用いることも可能である。例えば、Ni−Mo系合金、Co−Mo系合金、Ni−W系合金、Pd−Pb系合金、Cu−Zn系合金などからなるナノ粒子を用いてもよい。ここで、Ni−Mo系合金は、300℃でのエチレンの水素化触媒として用いることができる(非特許文献1参照。)。また、Co−Mo系合金、Ni−Mo系合金およびNi−W系合金は水素化脱硫触媒として用いることができる。Pd−Pb系合金およびCu−Zn系合金は水素化触媒として用いることができる。 In addition to the FePt nanoparticles 12, the nanoparticles dispersed in the metal oxide 11 include nanoparticles made of other alloys or simple metals, and nanoparticles made of a metal oxide different from the metal oxide 11. Is also possible. For example, nanoparticles made of a Ni—Mo alloy, a Co—Mo alloy, a Ni—W alloy, a Pd—Pb alloy, a Cu—Zn alloy, or the like may be used. Here, the Ni—Mo alloy can be used as a hydrogenation catalyst for ethylene at 300 ° C. (see Non-Patent Document 1). In addition, a Co—Mo alloy, a Ni—Mo alloy, and a Ni—W alloy can be used as a hydrodesulfurization catalyst. Pd—Pb alloys and Cu—Zn alloys can be used as hydrogenation catalysts.
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1) ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物と、上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物。
(2)上記金属酸化物は、還元性雰囲気において安定で、かつ酸化性雰囲気においてFeおよびPtを固溶させることができるものである前記(1)に記載の機能性酸化物。
(3)上記金属酸化物はA(M,Fe)O3-y (ただし、A=Ca,Sr,Ba;M=Ti,Zr;0≦y<3)またはLn(M,Fe)O3-y (ただし、Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm;M=Al,Ga,Sc;0≦y<3)からなる前記(1)または(2)に記載の機能性酸化物。
(4)上記機能性酸化物は超イオン伝導体または触媒である前記(1)から(3)のいずれかに記載の機能性酸化物。
(5)上記金属酸化物はSrTi1-x Fex O3-y (0.09≦x≦0.11;0≦y<3)からなる前記(1)から(4)のいずれかに記載の機能性酸化物。
(6)ペロブスカイト型の結晶構造を有し、FeおよびPtと異なる少なくとも二種類以上の金属を含む金属酸化物と、FeおよびPtの原料とを含む混合物を還元性雰囲気において加熱して還元処理を行うことにより、FePtナノ粒子を析出させる機能性酸化物の製造方法。
(7)上記金属酸化物を還元性雰囲気において600℃以上1000℃以下の温度に加熱して還元処理を行う前記(6)に記載の機能性酸化物の製造方法。
(8)上記FeおよびPtと異なる少なくとも二種類以上の金属は、Ca、Sr、Ba、La、Ce、Pr、NdおよびSmからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属とTi、Zr、Al、GaおよびScからなる群より選ばれた少なくとも一種類の金属とを含む前記(6)または(7)に記載の機能性酸化物の製造方法。
(9)固体電解質を有し、上記固体電解質は、ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物と、上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物を含む電気化学デバイス。
(10)上記電気化学デバイスは電池、キャパシタ、センサまたはリチウムイオンフィルタである前記(9)に記載の電気化学デバイス。
(11)上記電池は、一次電池、二次電池、空気電池または燃料電池である前記(10)に記載の電気化学デバイス。
(12)ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物と、上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物を含むセンサ。
(13)上記機能性酸化物を酸化性雰囲気に晒した時に上記FePtナノ粒子が固溶する最高の温度以下の温度に保持して使用され、または、上記機能性酸化物を酸化性雰囲気に晒した状態で使用される前記(12)に記載のセンサ。
(14)上記FePtナノ粒子が固溶した時に上記機能性酸化物が磁性を失う現象を用いる前記(12)または(13)に記載のセンサ。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1) A functional oxide comprising a metal oxide having a perovskite crystal structure and FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide.
(2) The functional oxide according to (1), wherein the metal oxide is stable in a reducing atmosphere and can dissolve Fe and Pt in an oxidizing atmosphere.
(3) The metal oxide is A (M, Fe) O 3-y (where A = Ca, Sr, Ba; M = Ti, Zr; 0 ≦ y <3) or Ln (M, Fe) O 3 The functional oxide according to (1) or (2), wherein -y (where Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm; M = Al, Ga, Sc; 0 ≦ y <3).
(4) The functional oxide according to any one of (1) to (3), wherein the functional oxide is a superionic conductor or a catalyst.
(5) The metal oxide SrTi 1-x Fe x O 3 -y; according to any one (0.09 ≦ x ≦ 0.11 0 ≦ y <3) consisting of (1) to (4) Functional oxide.
(6) A reduction treatment is performed by heating a mixture containing a metal oxide having a perovskite crystal structure and containing at least two kinds of metals different from Fe and Pt, and a raw material of Fe and Pt in a reducing atmosphere. A method for producing a functional oxide that precipitates FePt nanoparticles by performing.
(7) The method for producing a functional oxide according to (6), wherein the reduction treatment is performed by heating the metal oxide to a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in a reducing atmosphere.
(8) At least two kinds of metals different from Fe and Pt are at least one kind of metal selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd and Sm, and Ti, Zr, and Al. The method for producing a functional oxide according to (6) or (7), comprising at least one metal selected from the group consisting of Ga, and Sc.
(9) An electrochemical device including a solid electrolyte, wherein the solid electrolyte includes a functional oxide including a metal oxide having a perovskite crystal structure and FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide.
(10) The electrochemical device according to (9), wherein the electrochemical device is a battery, a capacitor, a sensor, or a lithium ion filter.
(11) The electrochemical device according to (10), wherein the battery is a primary battery, a secondary battery, an air battery, or a fuel cell.
(12) A sensor including a functional oxide including a metal oxide having a perovskite crystal structure and FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide.
(13) When the functional oxide is exposed to an oxidizing atmosphere, the FePt nanoparticles are used at a temperature below the maximum temperature at which they dissolve, or the functional oxide is exposed to an oxidizing atmosphere. The sensor according to the above (12), which is used in a state where
(14) The sensor according to (12) or (13), wherein the functional oxide loses magnetism when the FePt nanoparticles are dissolved.
10…機能性酸化物、11…金属酸化物、12…FePtナノ粒子、13…空間電荷層、20…正極、30…負極、40…支持体、50…処理室、51…ガス配管、52…ガス/温度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Functional oxide, 11 ... Metal oxide, 12 ... FePt nanoparticle, 13 ... Space charge layer, 20 ... Positive electrode, 30 ... Negative electrode, 40 ... Support body, 50 ... Processing chamber, 51 ... Gas piping, 52 ... Gas / temperature sensor
Claims (13)
上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含んでおり、
上記金属酸化物は、還元性雰囲気において安定で、かつ酸化性雰囲気においてFeおよびPtを固溶させることができる、A(M,Fe)O 3-y (ただし、A=Ca,Sr,Ba;M=Ti,Zr;0≦y<3)またはLn(M,Fe)O 3-y (ただし、Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm;M=Al,Ga,Sc;0≦y<3)からなる、
機能性酸化物。 A metal oxide having a perovskite crystal structure;
The FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide and Nde including,
The metal oxide is stable in a reducing atmosphere and can dissolve Fe and Pt in an oxidizing atmosphere. A (M, Fe) O 3-y (where A = Ca, Sr, Ba; M = Ti, Zr; 0 ≦ y <3) or Ln (M, Fe) O 3-y (where Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm; M = Al, Ga, Sc; 0 ≦ y < 3)
Functional oxide.
請求項1に記載の機能性酸化物。 The functional oxide is a superionic conductor or catalyst .
The functional oxide according to claim 1 .
請求項1または請求項2に記載の機能性酸化物。 The metal oxide is SrTi 1-x Fe x O 3 -y; consisting (0.09 ≦ x ≦ 0.11 0 ≦ y <3),
The functional oxide according to claim 1 or claim 2 .
請求項4に記載の機能性酸化物の製造方法。 The metal oxide is heated to a temperature of 600 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower in a reducing atmosphere to perform a reduction treatment .
The manufacturing method of the functional oxide of Claim 4 .
請求項4または請求項5に記載の機能性酸化物の製造方法。 The at least two kinds of metals different from Fe and Pt are at least one kind of metal selected from the group consisting of Ca, Sr, Ba, La, Ce, Pr, Nd and Sm, and Ti, Zr, Al, Ga and Including at least one metal selected from the group consisting of Sc ,
The manufacturing method of the functional oxide of Claim 4 or Claim 5 .
上記固体電解質は、
ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物と、
上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物を含む電気化学デバイス。 Having a solid electrolyte,
The solid electrolyte is
A metal oxide having a perovskite crystal structure;
An electrochemical device comprising a functional oxide comprising FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide.
請求項7に記載の電気化学デバイス。 The electrochemical device is a battery, a capacitor, a sensor or a lithium ion filter .
The electrochemical device according to claim 7 .
請求項8に記載の電気化学デバイス。 The battery is a primary battery, a secondary battery, an air battery or a fuel cell .
The electrochemical device according to claim 8 .
上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物を含む、
センサ。 A metal oxide having a perovskite crystal structure;
A functional oxide containing FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide ,
Sensor.
請求項10に記載のセンサ。 When the functional oxide is exposed to an oxidizing atmosphere, the FePt nanoparticles are used while being held at a temperature below the maximum temperature at which they dissolve, or the functional oxide is exposed to an oxidizing atmosphere. Used ,
The sensor according to claim 10 .
請求項10または請求項11に記載のセンサ。 Using the phenomenon that the functional oxide loses magnetism when the FePt nanoparticles are dissolved .
The sensor according to claim 10 or 11 .
上記センサが、
ペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物と、
上記金属酸化物中に分散したFePtナノ粒子とを含む機能性酸化物を含む機器。 Having at least one sensor,
The sensor
A metal oxide having a perovskite crystal structure;
A device comprising a functional oxide comprising FePt nanoparticles dispersed in the metal oxide.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013051431A JP5880475B2 (en) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | Functional oxide, method for producing functional oxide, electrochemical device, sensor and equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013051431A JP5880475B2 (en) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | Functional oxide, method for producing functional oxide, electrochemical device, sensor and equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014177368A JP2014177368A (en) | 2014-09-25 |
JP5880475B2 true JP5880475B2 (en) | 2016-03-09 |
Family
ID=51697724
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013051431A Active JP5880475B2 (en) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | Functional oxide, method for producing functional oxide, electrochemical device, sensor and equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5880475B2 (en) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6017504A (en) * | 1998-07-16 | 2000-01-25 | Universite Laval | Process for synthesizing perovskites using high energy milling |
JP2005071896A (en) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Neomax Co Ltd | Temperature sensor |
WO2005058490A1 (en) * | 2003-12-17 | 2005-06-30 | Daihatsu Motor Co.,Ltd. | Catalyst composition |
US8072711B1 (en) * | 2006-08-02 | 2011-12-06 | Jian-Qing Wang | System and method for the fabrication, characterization and use of magnetic corrosion and chemical sensors |
JP2009097038A (en) * | 2007-10-17 | 2009-05-07 | Univ Waseda | PRODUCTION METHOD OF FePt NANOPARTICLE |
JP5657399B2 (en) * | 2011-01-11 | 2015-01-21 | 株式会社東芝 | Method for producing solid oxide electrochemical cell |
-
2013
- 2013-03-14 JP JP2013051431A patent/JP5880475B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014177368A (en) | 2014-09-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shi et al. | Urea-based hydrothermal synthesis of LiNi0. 5Co0. 2Mn0. 3O2 cathode material for Li-ion battery | |
Zhang et al. | Mechanism study on the interfacial stability of a lithium garnet-type oxide electrolyte against cathode materials | |
Deng | Li‐ion batteries: basics, progress, and challenges | |
Gao et al. | Growth of ultrathin ZnCo2O4 nanosheets on reduced graphene oxide with enhanced lithium storage properties | |
Hy et al. | Performance and design considerations for lithium excess layered oxide positive electrode materials for lithium ion batteries | |
Xu et al. | Understanding the effect of Al doping on the electrochemical performance improvement of the LiMn2O4 cathode material | |
Wang et al. | Combining fast Li-ion battery cycling with large volumetric energy density: grain boundary induced high electronic and ionic conductivity in Li4Ti5O12 spheres of densely packed nanocrystallites | |
Wang et al. | Simultaneous coating and doping of a nickel-rich cathode by an oxygen ion conductor for enhanced stability and power of lithium-ion batteries | |
Venkateswara Rao et al. | Investigations on electrochemical behavior and structural stability of Li1. 2Mn0. 54Ni0. 13Co0. 13O2 lithium-ion cathodes via in-situ and ex-situ Raman spectroscopy | |
Lee et al. | High performance LiMn2O4 cathode materials grown with epitaxial layered nanostructure for Li-ion batteries | |
Xue et al. | Sodium doping to enhance electrochemical performance of overlithiated oxide cathode materials for Li-ion batteries via Li/Na ion-exchange method | |
CN107591519A (en) | Modified lithium nickel cobalt manganese positive electrode material and preparation method thereof | |
Bhatti et al. | Electrochemical characteristics and Li+ ion intercalation kinetics of dual-phase Li4Ti5O12/Li2TiO3 composite in the voltage range 0–3 V | |
TW201526369A (en) | Lithium-manganese composite oxide, secondary battery, and electric device | |
JP6252350B2 (en) | Solid electrolyte structure, manufacturing method thereof, and all-solid battery | |
Hao et al. | Improving the electrochemical stability of the high-voltage Li-ion battery cathode LiNi0. 5Mn1. 5O4 by titanate-based surface modification | |
Ruther et al. | Structural transformations in high-capacity Li2Cu0. 5Ni0. 5O2 cathodes | |
Wang et al. | Superior electrochemical and kinetics performance of LiNi0. 8Co0. 15Al0. 05O2 cathode by neodymium synergistic modifying for lithium ion batteries | |
Shun et al. | Zn 0.5 Co 0.5 Mn 0.5 Fe 0.5 Al 0.5 Mg 0.5 O 4 high-entropy oxide with high capacity and ultra-long life for Li-ion battery anodes. | |
Alagar et al. | Temperature-controlled synthesis of Li-and Mn-rich Li1. 2Mn0. 54Ni0. 13Co0. 13O2 hollow nano/sub-microsphere electrodes for high-performance lithium-ion battery | |
JP2017182949A (en) | Method for manufacturing positive electrode substance material for all-solid battery, and positive electrode active substance material for all-solid battery | |
Zhang et al. | The Structure–Property Investigation of Bi1–x Ce x FeO3 (x= 0, 0.05)–Li Battery: In Situ XRD and XANES Studies | |
Li et al. | W-doped LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 with excellent high-rate performance synthesized via hydrothermal lithiation | |
Liu et al. | Understanding the stability of LiNi0. 5Mn0. 5O2 as a Co-free positive electrode | |
Li et al. | Precipitation synthesis and enhanced electrochemical performance of graphene-modified LiMn 2 O 4 for lithium-ion batteries |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150106 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150813 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151006 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151028 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160105 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160118 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5880475 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |