日本山口大學研究生院創成科學研究科理學系化學領域的副教授綱島亮與研究生2年級的森田萩乃等人組成的研究小組全球首次發現,透過使酸作用於名爲六亞甲基四胺的化合物,可以合成此前主要使用有毒金屬和稀有金屬的鐵電體。
不使用任何化石燃料和礦產等,僅利用常見的廉價化合物即可製作鈣鈦礦型鐵電體——這項成果將成爲重新審視支撐我們生活的各種電子材料的合成和製作方法的契機。如果能開發出使用環境負荷較低的化合物的電子材料,應該還可以解決各種環境問題。甚至可以稱之爲當代的鍊金術。
六亞甲基四胺還是片式固體燃料的成分,作爲藥物(尿道消毒劑)的有效成分也廣爲人知。這是一種價格低廉的低毒性化合物,而且可利用以空氣中的氮爲原料的氨和來自天然氣及生質的甲醇合成。以前由於其容易加酸分解等,材料開發比較困難,但此次研究小組透過精細地改變反應條件等進行研究,成功發現了可以獲得鐵電體的獨特配方。
鐵電性是固體中的自發極化在外部電場的作用下反轉的現象,鐵電體是記憶體、蓄電材料、熱感測器以及醫療器械等廣泛使用的電容、焦熱電體和壓電元件所需的材料。目前主要使用鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等ABX3型鈣鈦礦氧化物。鐵電體是日本的研究人員50多年前發現的物質。由於含稀有金屬和有毒金屬,全球都在尋找替代品,但此前一直沒發現有效的材料和手段。
此次使用六亞甲基四胺合成的「鐵電體」材料是由質子化的六亞甲基四胺、銨離子和溴離子構成的鹽。利用X射線解析物質結構發現其具有鈣鈦礦型結構,研究小組着眼於該材料的介電特性進行解析,應答是「鐵電體」材料。根據理論計算,預計能實施與現有鐵電體不相上下的性能,不過目前還沒有充分發揮性能。透過應用此前積累的鈣鈦礦型鐵電體相關的知識和技術並調查終極因數,預計能面向實用化進一步強化性能。
相關研究内容已經發布在《Angewandte Chemie International Edition》(IF=12,DOI: 10.1002/anie.201905087)上。
論文題目:「Ferroelectric Behavior of a Hexamethylenetetramine‐Based Molecular Perovskite Structure」
文:JST客觀日本編輯部翻譯整理