窒素流体による窒化反応合成－レーザー加熱DACによる試み

摘要

一般に超臨界状態は，気相と液相の区別かない状態といわれ，その状態にある超臨界流体は，化学的親和性のある物質を溶解することから，これを利用して，物質の分離·抽出などに利用されている。 また，高温の超臨界流体は，気相的な活発な分子運動と，その一方で液相的な密度の高さを兼ねあわせるという，反応においてきわめて活性な場を提供すると考えられる。しかしながら，大容量の気体に高圧をかけて超臨界状態にすることば，高圧容器の強度やシールといった技術的な問題に直面し，必ずしも容易ではない。 加えて，国内では高圧ガス保安法による安全規制もあり，ギガパスカル(GPa)領域での大容量ガス圧装置を取り扱う研究施設は数少ない（例えば，本特集の）。 更に1000°Cを超えるような加熱装置の付随した高温流体反応用高圧装置は更に特殊な技術を要し，知る限りではポーランド高圧研究所(UNIPRESS, Warsaw)のグループが使用するのみである。 このような制約のため，現在まで超臨界流体の研究対象は，メガパスカル(MPa)程度の圧力領域が主であったといえる。 一方，レーザー加熱ダイヤモンドアンビルセル（以下，LHDACと略す，なお装置の詳細な解説は文献本特集を参照）は，超高塩の高圧実験が可能であることに加え，超臨界流体を確実に封入することができる。 これらの流体は加圧すると容易に固化するが，数10 GPa以上の領域でさえも，レーザーを照射することにより，3000°C以上もの超高温の超臨界状態を実現することが可能である。 近年，こういった方法が各種の新規窒化物の探索研究に成功をおさめ，次第に注目を集めてきている。 本研究では，窒素の超臨界流体を反応源として，ホウ素，ガリウム，アルミニウムといったIII族の元素から各窒化物の合成を試みた。 また，合成された窒化物を同定，そのモルフォロジーの解析から結晶成長様式についても検討を加えたので報告する。