Professor Hiromi Nakano van de Toyohashi University of Technology heeft met een bedrijf samengewerkt om een ​​kleine, lichtgewicht luchtdruk-atmosfeeroven die periodieke structuren van Li . snel en uniform kan synthetiseren ₂ O-Nb ₂ O ₅ -TiO ₂ (LNT) vaste oplossingsmaterialen bij 3x gewone druk. Het onderliggende mechanisme werd ontdekt met behulp van gedetailleerde samenstelling / structuuranalyse. Aangezien het sinterproces met een vierde wordt verminderd in vergelijking met conventionele elektrische ovens, deze technologie kan ook op andere materialen worden toegepast.

De luchtdruk-atmosfeeroven is een sinteroven die een normaal stopcontact van 100 V wisselstroom gebruikt en tot 800 W energie bespaart. Met deze oven gas onder druk wordt toegevoerd/geregeld met behulp van een compressor of gasstroom en materialen kunnen worden verwarmd tot 1, 100 graden C. (FIG. 1)

Om de prestaties van deze oven te controleren, de huidige studie was gericht op solide LNT-oplossingen. Professor Nakano en haar team hebben jarenlang gewerkt aan solide LNT-oplossingen, het onderzoeken van hun elektrische eigenschappen en toepassing als gastheermateriaal van fosfor, en had al basisgegevens verkregen over het materiaal in elektrische ovens en millimetergolfverwarmingssystemen. Professor Nakano zegt:"In een bepaald vormingsgebied, dit materiaal vertoont een unieke periodieke structuur (bovenbouw) die bekend staat als de M-fase in een zelfgeorganiseerde formatie. Deze bovenbouw heeft een trigonale LiNbO ₃ -type structuur als een matrix en wordt gevormd door het periodiek inbrengen van een korund [Ti ₂ O ₃ ] ²⁺ laag als een vergroeiingslaag om de matrix te verdelen." Met een conventionele elektrische oven, materialen met een uniforme bovenbouw vereisen een lang sinterproces om te worden gesynthetiseerd. Als deze materialen in een kortere tijd uniform zouden kunnen worden gesynthetiseerd, ze zouden op grotere schaal kunnen worden gebruikt als praktisch materiaal.

Hoe werd snelle synthese precies bereikt in de huidige studie? Het is algemeen bekend dat een zuurstof-vacature-mechanisme dominant is bij lage partiële zuurstofdrukken en kation-vacature dominant is bij hoge partiële zuurstofdrukken. Het gebruik van lage gasdruk voor deze studie leidde ertoe dat het team ontdekte dat er een zuurstofdiffusiemechanisme bestaat waarbij interstitiële zuurstof betrokken is, ondanks de dominantie van kationvacatures. Zoals getoond in FIG. 2, Ti valentie verandert van Ti ⁴⁺ naar Ti ³⁺ op de vergroeiingslaag om zuurstofleegte te veroorzaken. Vervolgens, interstitiële zuurstofatomen bevorderen zuurstofdiffusie langs de richting van de vergroeiingslaag, net als ballen op een pooltafel. Als resultaat, de korrelvormen worden anisotroop in de korrelgroeirichting en plaatachtige korrels worden gevormd.

Professor Nakano zegt:"Aan het begin van de ontwikkeling Ik overwoog snel sinteren met een ander apparaat omdat ik geloofde dat er geen manier was om snel sinteren uit te voeren met een luchtdrukregeloven bij ongeveer 3x de normale druk. Maar een dag, een ingenieur bij ons onderzoekspartnerbedrijf Full-Tech Co. Ltd., experimenteerde met deze oven. Hoewel in het verleden geen vergelijkbare experimenten succesvol waren, dat specifieke experiment op die specifieke dag produceerde een zeer gelijkmatig materiaal. Vanaf toen, Ik begon experimenten uit te voeren in deze luchtdrukregeloven onder verschillende omstandigheden om uiteindelijk een vermindering van het sinterproces te bevestigen. Echter, destijds, er waren zeer weinig rapporten over succesvolle materiaalsynthese in dergelijke onder druk staande gebieden, en ik heb drie maanden besteed aan het doorbladeren van publicaties om te proberen het mechanisme achter snel sinteren te ontdekken. Het was toen dat ik een conferentie bijwoonde waar een uitgenodigde spreker sprak over zuurstofdiffusiegedrag bij hoge temperaturen, met een video waarin hun simulatieresultaten worden uitgelegd. De interstitiële zuurstof verspreidde zuurstofionen in een materiaal wanneer het materiaal zuurstofvacatures heeft, net als ballen op een pooltafel wanneer ze worden geraakt. Zodra ik dat filmpje zag, Ik zette twee en twee bij elkaar en realiseerde me dat dat het mechanisme was achter snel sinteren.

"Momenteel, we willen deze technologie toepassen op andere materialen die veel tijd nodig hebben om te sinteren in een oven met luchtdrukregeling. Dit materiaal kan ook worden gebruikt als materiaal voor producten op verschillende gebieden, zoals optische communicatieapparatuur, verschillende sensoren en leds."