利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22KU0024

利用課題名 / Title

異種カチオンを含む鉄系複合酸化物粒子の微細構造の解析

利用した実施機関 / Support Institute

九州大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/Electron microscopy,ナノ粒子/ Nanoparticles

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

小袋由貴

所属名 / Affiliation

久留米工業高等専門学校材料システム工学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

工藤　昌輝

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

KU-004：広電圧超高感度原子分解能電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

鉄系複合酸化物は、触媒、ガスセンサや電気化学デバイスとしての応用が期待されており、その特性向上には高比表面積を有する微粒子の調製が必要である。申請者らはZnFe₂O₄に微量のランタノイドを添加すると、熱処理による結晶子成長が強く抑制されることを見出した。しかしながら、異種カチオンがZnFe₂O₄粉体の微細化に対してどのように影響しているのかについては明らかでない。本研究では、Laを添加したZnFe₂O₄粉体に対して、粉末X線回折測定および走査型／透過型電子顕微鏡観察および元素分析を行い、Laの存在状態を調査した。

実験 / Experimental

金属硝酸塩およびリンゴ酸を所定のモル比でイオン交換水に混合し、有機酸金属錯体を調製した。この前駆体を空気中800 ℃で2時間熱処理することで複合酸化物に変換した。マイクログリッド上に酸化物粒子を分散させ、JEM-ARM200CFにてSTEM観察を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

粉末X線回折測定により、ZnFe₂O₄にLaを5 mol%添加すると結晶子成長が著しく抑制された。Scherrer式を用いて空気中800 ℃焼成後の結晶子サイズを求めると10 nm程度であった。図 1に倍率20万倍でのSTEM像を示す。無添加のZnFe₂O₄粒子のサイズは0.2 μm程度であった。Laを添加すると10～20 nmのZnFe₂O₄粒子が観察され、Scherrer式より算出される結晶子サイズとよく対応する。EDSによる元素分析により、LaはZnFe₂O₄結晶粒子内部に均一に分布しているが、結晶粒界にも偏析していることが確認された。添加されたLaは、固溶限界以上ではZnFe₂O₄粒子の表面や界面に存在しており、結晶子成長の抑制や微細構造に影響を与えている可能性がある。また、試料合成過程で混入したものと推測されるSiやMgの存在が確認されており、今後調査を進める予定である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1 (a) 無添加および(b) La添加したZnFe₂O₄粒子のSTEM像

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究は、文部科学省マテリアル先端リサーチインフラ事業課題として九州⼤学の支援を受けて実施されました。透過電子顕微鏡解析において、九州大学の工藤昌輝氏にお世話になり深く感謝いたします。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件