チタン酸ビスマスナトリウム系の圧電セラミックスのペレット製造方法

質問

大学の卒業研究で「無鉛の圧電セラミックス」を作成したいのですが、よくわかりません。自分自身まだまだ知識不足を実感し日々強誘電体関係の文献を読んでいるのですが理解するにはほど遠い状況です。
まず、理解を深めるためにスタートとして、

「マテリアルインテグレーションVol.16(2003)」に記載されている、
「環境に優しい(Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3-SrTiO3系　無鉛圧電セラミックス材料の開発」
の文献内容に沿って実際に実験し結果が得られるのかを試してみたいと思っています。

しかし(Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3-SrTiO3系は複雑で調合の際の秤量のｇ（重さ）がわかりません。

例としてチタン酸バリウムの作成方法として（BaTio3）の秤量のｇ（重さ）は
高純度の炭酸バリウムBaCO3(197.349)と
同じく高純度の酸化チタンTiO3(79.8988)を
50:50の割合で調合します。
実験に使用する分量（例、５ｇ）程度なら分子量を50で割ると5.5ｇ程度得られます。

しかし今回の(Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3-SrTiO3系は私には複雑でわかりません。
割合としては文献通り
0.9BNT-0.088BT-0.012ST
を作成したいのですがそれぞれ高純度の

酸化ビスマス　Ｂｉ2Ｏ3（465.96）
炭酸ナトリウム　Ｎａ2ＣＯ3（105.99）
酸化チタン　ＴｉＯ2(79.8988)
炭酸バリウム　ＢａＣＯ3（197.349）
炭酸ストロンチウム　ＳｒＣＯ3（147.629）
を使用します。

10ｇ程度の試料を作成したいのですが
それぞれの薬品の秤量のｇ（重さ）を教えてください。
また、作成の際の参考文献等、ＷＥＢサイト等の情報も合わせてお願い致します。

回答No.3

tetujin3 · ベストアンサー

＃２です。
非常に狭い範囲しか知らないのでスマソ！

＞例としてチタン酸バリウムの作成方法として（BaTio3）の秤量のｇ（重さ）は
高純度の炭酸バリウムBaCO3(197.349)と
同じく高純度の酸化チタンTiO3(79.8988)を
50:50の割合で調合します。

この意味は1モルのBaOと1モルのTiO2でBaTiO3を合成しています。
BaO + TiO2 → BaTiO3

さて，1モルのBi2O3またはNa2CO3には，2モルのBi，Naが含有されています。
したがって，例えばBiTiO3を合成する場合は，
Bi2O3＋2TiO2　→　2BiTiO3　+　1/2O2（↑）
となります。
今必要なのはBiの半分をNaで置換した化合物ですから，
1/2Bi2O3＋ 1/2Na2CO3 + 2TiO2→2（Bi0.5Na0.5)TiO3　+　1/2CO2（↑）
（酸素の数合ってますよね？）
となります。
つまり，2モルの2（Bi0.5Na0.5)TiO3を合成するには，1/2モルづつのBi2O3，およびNa2CO3が必要という計算になります。

化学反応式を考えれば簡単でしょう！？
狭い知識しかないので文献やWEBサイトは知りません・・・orz

お礼

ありがとうございます。tetujin3様の回答を参考にし、さらに自分自身勉強し、少しでも早く理解できるよう努力します。ありがとうございました。

回答No.2

tetujin3

＞今回の(Bi0.5Na0.5)TiO3-BaTiO3-SrTiO3系は私には複雑でわかりません。
割合としては文献通り0.9BNT-0.088BT-0.012ST

非常に簡単な話です。やったことのない人にとっては，まさに未知の世界でしょうが・・・
では，簡単に。
BNTとBTとSTのペレットをそれぞれ作成してください。
その後，それぞれのペレットを粉砕して適当な粒度の粉末とし，これらを指定の重量比で混ぜ合わせ成形後，しかるべき温度で焼けばできあがり！

ただし，この焼成温度が非常に大切で，Naなどの小さなイオンが他の系に拡散しない温度を試行錯誤する必要があります。状態図，あるいは熱力学的計算で大体予想することはできますが・・・
基本的には文献の焼成温度で（炉内の温度分布などに気を使ってください），焼いてみて，X線回折分析で目的とする相の存在が確かめられたら成功です。

・・・笑っちゃうぐらい　簡単でしょう！？

補足

tetujin3様　ありがとうございます。

＞BNTとBTとSTのペレットをそれぞれ作成してください。
それぞれのペレットを仮焼きという手順を終えてから粉砕して適当な粒度の粉末とし，これらを指定の重量比で混ぜ合わせ成形後、本焼きという手順でよろしいのでしょうか。

追記としまして、
BNT作製の際、(Bi0.5Na0.5)TiO3ですから、
酸化ビスマス　　Ｂｉ2Ｏ3（465.96）の０．５
炭酸ナトリウム　Ｎａ2ＣＯ3（105.99）の０．５
酸化チタン　　　ＴｉＯ2(79.8988)

秤量は　Ｂｉ2Ｏ3　　232.98ｇ
　　　　Ｎａ2ＣＯ3　52.995ｇ
　　　　ＴｉＯ2　 　79.8988ｇ　
で、正しい、(Bi0.5Na0.5)TiO3　が作製できるのでしょうか。
tetujin3様がご存知の範囲でかまわないのでよろしくお願いします。

回答No.1

esezou

akiadi さん、こんにちは。

卒研の追いこみ、大変なのは理解できますが、辛口です。

大学の卒論は学校の宿題ではありません。
卒研生といえども、研究者としての資質が問われます。
ましてこのような先端分野を、この一般掲示板で答えられる訳がないと思います。
まず、あなたが出されているレファレンスに直接問い合わせるのが一番近道と
思います。
仮に秤量という低次元の話に限ったとしても、卒研生に教える内容ではありません。
もっと言えば、文献の秤量通り作る事が，正しい研究の方向性かどうかもあります。
どちらにしても自分自身または指導教官と相談すべき内容と思います。