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ビスマス・エルビウム・ニオブ酸化物固溶体からなる酸化物イオン伝導材料及びその製造方法

国内特許コード P08A013772
掲載日 2008年10月7日
出願番号 特願2005-329153
公開番号 特開2007-141460
登録番号 特許第4635254号
出願日 平成17年11月14日(2005.11.14)
公開日 平成19年6月7日(2007.6.7)
登録日 平成22年12月3日(2010.12.3)
発明者
  • 渡辺 昭輝
  • 関田 正實
出願人
  • 国立研究開発法人物質・材料研究機構
発明の名称 ビスマス・エルビウム・ニオブ酸化物固溶体からなる酸化物イオン伝導材料及びその製造方法
発明の概要 【課題】低温領域でも分解や相転移することなく安定であり、高い酸化物イオン伝導を呈
する酸化物イオン伝導体を提供すること。
【解決手段】面心立方晶系の構造を有する一般式(Bi23)x(Er23)y(NbO2.5)z
(0.66<x<0.69、0.215<y<0.248、0.075<z<0.108、但し、x+y+z=1)で示さ
れるビスマス・エルビウム・ニオブ酸化物固溶体からなる酸化物イオン伝導材料。本発明
の酸化物イオン伝導材料は、従来の面心立方晶系に属するビスマス複酸化物とは異なり、
600℃以下550℃までの低温領域でも分解や相転移することなく安定であり、10-2S cm-1
上の高い酸化物イオン伝導を呈する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


従来、酸化ビスマスの高温安定相(δ-Bi2O3と命名されている)は酸素が25at%欠損
した蛍石型の面心立方晶系の構造をもち、高い酸化物イオン伝導を示す酸化物であること
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、非特許文献1)。



特に、希土類(Ln2O3)を添加したBi2O3-Ln2O3の二成分系が広く検討された。その結果
、焼結法により得られた一般式(Bi2O3)1-p(Ln2O3)p (0<p<1)で示される酸化物は酸
素が25at%欠損した蛍石型構造をもつ面心立方晶の相であり、高い酸化物イオン伝導を
示すことが認められた。しかしながら、これらの面心立方晶の相はLn2O3の濃度に依存し
た臨界温度、すなわち600~700℃より低温領域では準安定であるため、これら低温領域に
保持されると分解又は相転移が生じてしまい、そのイオン伝導性は急激に低下し、実用に
は供し得ない材料であった(例えば、非特許文献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。



【非特許文献1】
N. Jiang and E. D. Wachsman, J. Am. Ceram. Soc., 82, 3057 (1999)

産業上の利用分野


本発明は、面心立方晶系の構造を有する一般式(Bi23)x(Er23)y(NbO2.5)z
(0.66<x<0.69、0.215<y<0.248、0.075<z<0.108、但し、x+y+z=1)で示さ
れるビスマス・エルビウム・ニオブ酸化物固溶体からなる酸化物イオン伝導材料及びその
製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
面心立方晶系の構造を有する一般式(Bi23)x(Er23)y(NbO2.5)z (0.66<x<0
.69、0.215<y<0.248、0.075<z<0.108、但し、x+y+z=1)で示されるビスマス
・エルビウム・ニオブ酸化物固溶体からなる酸化物イオン伝導材料。

【請求項2】
酸化ビスマス(Bi2O3)又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、酸
化エルビウム(Er2O3) 又は加熱されることにより酸化エルビウムに分解される化合物と、
さらに、酸化ニオブ(NbO2.5) 又は加熱されることにより酸化ニオブに分解される化合物
とを、その割合がモル比でBi2O3:Er2O3:NbO2.5がx:y:z(ここで、0.66<x<0.69、
0.215<y<0.248、0.075<z<0.108、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又は酸化雰囲気下で700℃以上の温度で加熱することにより固相
反応させて、一般式(Bi23)x(Er23)y(NbO2.5)z (0.66<x<0.69、0.215<y
<0.248、0.075<z<0.108、但し、x+y+z=1)で示される面心立方晶系の構造を有
する酸化物イオン伝導性ビスマス・エルビウム・ニオブ酸化物固溶体を製造する方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005329153thum.jpg
出願権利状態 登録
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