地方独立行政法人大阪産業技術研究所 - 当法人は、(地独)大阪府立産業技術総合研究所と(地独)大阪市立工業研究所が統合し、平成29年4月1日にスタートしました。研究開発から製造まで、企業の開発ステージに応じた支援を一気通貫で提供し、大阪産業の更なる飛躍に向け、大阪発のイノベーションを創出します。

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セラミックス研究室

セラミックスは金属、プラスチックと並ぶ3大材料の1つであり、幅広い産業分野で利用されています。熱電変換材料、無機半導体、熱膨張制御材料などの機能性セラミックスの開発や企業からの依頼試験分析、受託研究を実施し、セラミックス業界のニーズにお応えしてきます。

担当者 お問い合わせなどについては「*」印の連絡担当者へお願い致します。

    • 谷淳一 *
    • 石川弘通

対応する業界、素材や技術

セラミックス、ガラス、電子部品、無機半導体、無機薬品、高温焼成、真空焼成、スパッタリング、計算化学、環境・エネルギー、サーマルマネージメント

研究内容

熱電変換セラミックスの開発

マグネシウムシリサイド(Mg2Si)は、低密度で、熱電変換効率が高いことから、軽量で高性能な熱電変換素子への応用が期待されています。当研究室では、耐酸化膜の開発や、機械的強度向上のためのセラミックス粒子との複合材料化技術の開発を通して、Mg2Si熱電変換素子の実用化に向けた取り組みを進めています。さらに、デバイスの軽量化、大面積化を目指し、工業的に広く利用されている成膜技術であるスパッタ法を用いて、Mg2Si薄膜の開発を進めています。

高機能セラミックス分散複合材料の開発

近年、電子機器の小型化、高機能化、軽量化に伴い、材料の熱膨張制御が重要になっています。当研究室では、低膨張セラミックス、負熱膨張セラミックスなどの粒子を金属、プラスチック、ガラス、セラミックスに分散させた、耐熱衝撃性、機械的特性に優れた新規な高機能セラミックス分散複合材料の開発を進めています。

第一原理計算を用いたセラミックスの物性予測

密度汎関数理論に基づく計算機シミュレーションにより、機能性セラミックスの原子構造、電子状態、格子振動、光学的特性などの予測を行い、新材料の開発に役立てています。

トピックス

セラミックス・ガラスの依頼試験、受託研究を実施しています。

    • ◆構造解析 (X線回折(XRD:粉末、薄膜、極点、In-Plane、小角、微小部)
    • ◆組織観察 (走査型電子顕微鏡(SEM、EDX、EBSD)、透過型電子顕微鏡 (TEM))
    • ◆元素分析 (蛍光X線) ◆電気的特性 (電気抵抗率、ゼーベック係数、ホール定数、キャリアタイプ、キャリア濃度、移動度)
    • ◆熱的特性 (熱伝導率、熱拡散率(レーザーフラッシュ法、温度波熱分析法)、熱分析、TG/DTA、DSC、比熱容量、熱膨張係数)
    • ◆ガラスの試験 (圧縮・曲げ強度、耐熱衝撃、水圧、熱膨張係数、ガラス転移点、屈伏点、アッベ屈折率)

 

研究成果

  1. Jun-ichi Tani, Tsutomu Shinagawa, and Masaya Chigane: “Thermoelectric properties of impurity-doped Mg2Sn”, J. Electron. Mater., 48, 3330-3335 (2019).
  2. Tsutomu Shinagawa, Mitsuru Watanabe, Tetsuya Mori, Jun-ichi Tani, Masaya Chigane, and Masanobu Izaki: “Oriented transformation from layered zinc hydroxides to nanoporous ZnO: A comparative study of different anion types”, Inorg. Chem., 57, 21, 13137-13149 (2018).
  3. Tsutomu Shinagawa, Mitsuru Watanabe, Jun-ichi Tani, and Masaya Chigane: “(0001)-oriented single-crystal-like porous ZnO on ITO substrates via quasi-topotactic transformation from (001)-oriented zinc hydroxychloride Crystals”, Crystal Growth and Design, 17, 3826-3833 (2017).
  4. Masaya Chigane, Tsutomu Shinagawa, and Jun-ichi Tani: “Preparation of titanium dioxide thin films by indirect-electrodeposition”, Thin Solid Films, 628, 203-207 (2017).
  5. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Investigation of structural, elastic, and lattice-dynamical properties of Ca2Si, Ca2Ge, and Ca2Sn based on first-principles density functional theory”, Computational Materials Science, 97, 36-41 (2015).
  6. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “First-principles calculations of phonon and thermodynamic properties of OsSi2”, Mater. Sci. Semicond. Process., 31, 251-255 (2015).
  7. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Electrical properties of Mg2Si thin films on flexible polyimide substrates fabricated by radio-frequency magnetron sputtering”, J. Ceram. Soc. Jpn., 122, 802-805 (2015).
  8. Hiroyasu Kido, Masanari Takahashi, Jun-ichi Tani, Yoshinori Sawairi, and Mitsunobu Iwasaki: "Laser patterning of thermoelectric iron silicide on alumina substrates by continuous-wave ytterbium fiber laser irradiation", J. Ceram. Soc. Jpn, 122, 802-805 (2014).
  9. Hiroyasu Kido, Masanari Takahashi, Jun-ichi Tani, and Masaya Chigane, Nobuyuki Abe, Masahiro Tsukamoto: "Modification of electrical properties of TiO2 by continuous-wave ytterbium fiber laser irradiation", J. Ceram. Soc. Jpn., 122, 21-24 (2014).
  10. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Fabrication and thermoelectric properties of Mg2Si-based composites using reduction reaction with additives”, Intermetallics, 32, 72-80 (2013).
  11. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Structural and electrical properties of Mg–Si thin films fabricated by radio-frequency magnetron sputtering deposition”, Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 1490, 229-234 (2013).
  12. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Impurity doping into Mg2Sn”, A first-principles study”, Physica B, 407, 3493-3498 (2012).
  13. Jun-ichi Tani, Masanari Takahashi, and Hiroyasu Kido: “First-principles calculations of the structural and elastic properties of OsSi2 at high pressure”, Computational Materials Science, 50, 2009-2013 (2011).
  14. Hiroyasu Kido, Masanari Takahashi, Jun-ichi Tani, Nobuyuki Abe, and Masahiro Tsukamoto: "Modification of electrical properties of zinc oxide by continuous wave ytterbium fiber laser irradiation", Materials Science and Engineering 18, 072014 (2011).
  15. Jun-ichi Tani, Masanari Takahashi, and Hiroyasu Kido: “Thermoelectric properties and oxidation behaviour of Magnesium Silicide”, Materials Science and Engineering 18, 142013 (2011).
  16. Jun-ichi Tani, Masanari Takahashi, and Hiroyasu Kido: “Lattice dynamics and elastic properties of Mg3As2 and Mg3Sb2 compounds from first-principles calculations”, Physica B, 405, 4219-4225 (2010).
  17. Jun-ichi Tani, Masanari Takahashi, and Hiroyasu Kido: “Lattice dynamics of β-FeSi2 from first-principles calculations”, Physica B, 405, 2200-2204 (2010).
  18. Jun-ichi Tani, Masanari Takahashi, and Hiroyasu Kido: “First-principles calculations of the structural and elastic properties of β-FeSi2 at high pressure”, Intermetallics, 18, 1222-1227 (2010).
  19. Jun-ichi Tani, Masanari Takahashi, and Hiroyasu Kido: “Fabrication and thermal expansion properties of ZrW2O8/Zr2WP2O12 composites”, J. Eur. Ceram. Soc., 30, 1483-1488 (2010).
  20. Jun-ichi Tani, Masanari Takahashi, and Hiroyasu Kido: “First-principles calculation of impurity doping into Mg2Ge”, J. Alloys. Compd., 485, 764-768 (2009).
  21. Jun-ichi Tani, Masanari Takahashi, and Hiroyasu Kido: “Fabrication of oxidation-resistant β-FeSi2 film on Mg2Si by RF magnetron sputtering”, J. Alloys. Compd., 488, 346-349 (2009).
  22. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “First-principles and experimental studies of impurity doping into Mg2Si” Intermetallics, 15, 418-423 (2008).
  23. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Lattice dynamics of Mg2Si and Mg2Ge compounds from first-principles calculations”, Computational Materials Science, 42, 531-536 (2008).
  24. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Precursor effects on ZrW2O8 formation kinetics”, Ceramics International, 34, 1533-1537 (2008).
  25. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Thermoelectric properties of P-doped Mg2Si semiconductors”, Jpn. J. Appl. Phys. Part 1, 46, 3309-3314 (2007).
  26. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Thermoelectric properties of Sb-doped Mg2Si semiconductors”, Intermetallics, 15, 1202-1207 (2007).
  27. Jun-ichi Tani, Hajime Kimura, Ken Hirota, and Hiroyasu Kido: “Thermal expansion and mechanical properties of phenolic resin/ZrW2O8 composites”, J. Appl. Polym. Sci., 106, 3343-3347 (2007).
  28. Jun-ichi Tani, G. Popov, P. R. Mort, and R. E. Riman: “Precursor and processing effects on BaPbO3 formation kinetics”, J. Mater. Res., 21, 584-596 (2006).
  29. Jun-ichi Tani and Hiroyasu Kido: “Thermoelectric properties of Bi-doped Mg2Si semiconductors”, Physica B, 364, 218-224 (2005).

 

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