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セラミック化学 無機固体化合物の構造と特性 拡散（金属酸化反応） バンド理論 バンド構造 考え方（ダイヤモンドの例）： 孤立原子同士が集まって結合性軌道と反結合性軌道を形成 ある原子に属する電子は、通常、結合軌道に存在 孤立原子は集合して分子に 集合分子の結合軌道は帯状になる 電子が存在する帯（価電子帯）と存在しない帯（伝導帯） 帯と帯の間の電子が存在し得ない部分が??????????? 不純物半導体 n型半導体 導電担体は電子（electron） ドナー順位：電子を与える順位 p型半導体 導電担体は正孔（hole） アクセプター順位：電子を受け入れる順位 pn接合部にエネルギーが与えられると??? pn接合部に電子?正孔対が生成 電子はｎ型部に移動して負に帯電 正孔はｐ型部に移動して正に帯電 つまり、起電力が発生 　　　　　光起電力　　　　　　　　太陽光発電 pn接合の特性ー整流性 トランジスタ（半導体産業の要）　　　　　　　　　　　　　　　　npn接合　 　　　　　　pnp接合 格子欠陥 点欠陥 空孔 格子間原子（イオン） 不純物原子（イオン） 点欠陥の例 ショットキー欠陥 フレンケル欠陥 化学量論組成と非化学量論組成 欠陥の表記法（Kr?ger-Vink notation) 電子、正孔：e-、h? 空孔：V 格子間位置：i 不純物原子（イオン）：M 欠陥表記の練習 塩化ナトリウム中のNaイオン、およびClイオン 塩化ナトリウム中のNa位置に入っているKイオン ZnOの格子間位置に存在するZnイオン Znの格子間イオンのそばに見い出だされる欠陥 NiOのNi位置に固溶しているLi Ni位置にLiが固溶しているそばに見い出される欠陥 NiOのNi位置にNiがない欠陥 欠陥表記の考え方 NiOは酸素過剰：Ni1-δO or NiO1+δ　　　　　　　　　この表記の意味は同じ？ ZnOは酸素不足：Zn1+δO or ZnO1-δ　　　　　　　　　この場合は？ いずれも非化学量論組成　　　　　　　　　　（しかし）電荷の総和はゼロ 原子価制御 電荷の補償 遷移金属イオンの価数を変える 空孔を生成させる 方法：原子価が不変のイオンを添加（または置換） 　　　　　　　　ホスト：複数の原子価を有する 　　　　　　　　ゲスト：固有の原子価を有する 原子価制御の例(p型) NiOにLi2Oを固溶させる場合 ２個のLiが２個のNiを置換 Oが１個不足 それらを式で表すと 上式は雰囲気から酸素を取り込まない場合 原子価制御の例(p型)続き 酸素を取り込む場合： 電気伝導性は向上 原子価制御の例(n型) ZnOにLi2Oが固溶する場合 ２個のLiが２個のZnを置換 Oが１個不足 それらを式で表すと 雰囲気から酸素を取り込む場合 原子価制御に関する問題 ZnOにAl2O3が固溶する場合 NiOにAl2O3が固溶する場合 原子価制御の応用例 ZnOにAl2O3を加えると焼結性は悪くなる　　　　　　　　　　　　　　　導電性は向上 イオン伝導とは？ 電解質溶液の場合（例：NaCl水溶液） その他の例：乾電池、自動車用バッテリー イオン導電体（固体電解質） NaCl水溶液は電解質。しかし、固体のNaClはイオン伝導性を示さない 固体電解質：固体内をイオンが移動する 緻密構造であれば、イオンは移動不可能 高温で格子欠陥が増えればイオンは移動可能 意識的に格子欠陥を導入しても同様 O2-イオン導電体 ZrO2にY2O3 、またはCaOを固溶させたもの　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（安定化ジルコニア） 安定化ジルコニア中の伝導 組成式：Zr1-XCaXO2-X（VO?? ） X　　　　　　　　　　　　　　　｛ (1-X)ZrO2 + XCaO→上式　｝ 酸素空孔移動の様子 酸素空孔が左方向へ移動する様子 抵抗率：約102?cm（1000℃）（室温では高抵抗） 酸素濃淡電池 酸素分圧の違いを利用した発電 起電力の計算 起電力Δ= (RT/4F)ln(PO2/PO1) R:気体定数、 T:温度、 F:??????定数 ln X = 2.303 log X (e:2.718???) lnX=A×logX→(logX/loge)=A×logX→A=1/loge →A=log10/loge=ln10 Δ=2.303?8.314?T/4?96500?log(PO2/PO1) ? 5.0?10-5?T ?lo