51探花

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　准教授　吉井丈晴

【発表のポイント】

• 酸化アルミニウム（アルミナ）を、室温?超高圧でミリメートル级の高密度なガラス状材料として形成
• 硬さ?热特性?电気特性を併せ持つ新非晶质材料として、电子?机械分野での材料选択肢拡大に期待

【概要】

工学院大学（学長：今村 保忠、所在地：東京都新宿区／八王子市）と物質?材料研究機構（理事長：宝野 和博、所在地：茨城県つくば市、以下「NIMS」）を中心とする研究チームは、京都大学、名古屋大学、日本電子株式会社、東北大学、島根大学、岡本硝子株式会社をはじめ、国内複数機関との共同研究により、従来「ガラスにならない」と考えられてきた単一成分酸化物である酸化アルミニウム（Al₂O₃、アルミナ）について、室温の高圧プロセスにより、ミリメートルサイズの透明な非晶质（アモルファス）の块（バルク）を合成することに成功しました。得られた试料が、高い热伝导率や硬さを示すことに加え、诱电率が约3と、代表的な结晶相であるα‐础濒₂O₃（サファイア）の诱电率（约10）を上回ることを示しました。

アルミナは化学的安定性や絶縁性に优れることから、电子材料やコーティングなどで広く用いられ、产业分野を支えている基干材料です。一方で、ガラス科学の観点ではアルミナはガラス形成能を持たず、通常の溶融法ではガラス状态のアルミナ（非晶质アルミナ）を块として得ることができませんでした。

今回、研究チームは、電気化学的に作製した多孔質非晶質アルミナ薄膜（アルマイト）に対して、室温で高圧（4 GPa：9万4千気圧）を印加することで、粒子界面や孔を消失させ、透明なバルク体へと一体化させました。固体核磁気共鳴分光、放射光X線回折、中性子回折、構造モデリングを組み合わせた解析により、非晶質アルミナの主要構造単位が、八面体から酸素頂点が一つ欠けたような5配位ピラミッド（AlO₅）であること、加圧によって础濒翱₅の変形と础濒翱₆八面体の増加が进み、両者が稜共有で连结した、通常の非晶质には见られない高密度な构造が形成されることを明らかにしました。これにより、电场に対して応答しやすい局所构造が形成され、高い诱电率の発现につながるというモデルを提案しました。

本研究で示した「高圧力で、原子の配位环境（短距离构造）とその连结性（中距离构造）を制御し、物性を引き上げる」概念は、一般化できる可能性が高く、今后、诱电特性に加えて热?机械特性を含む総合的な设计指针の确立を目指します。

本研究成果は、2026年4月7日に米国化学会「Journal of the American Chemical Society」に掲載されました。

図 　本研究で合成した透明バルク非晶質アルミナの誘電率と構造

【论文情报】

掲載誌：Journal of the American Chemical Society
題目：Bulk Amorphous Alumina: The Density-Driven Interplay of Pentahedral Pyramids and Octahedra for High Dielectric Permittivity
著者：Hideki Hashimoto, Yohei Onodera, Rei Okuno, Masashi Miyakawa, Hitoshi Yusa, Takashi Taniguchi, Sho Kakizawa, Shuya Sato, Takao Shimizu, Taro Kuwano, Takato Abe, Naoki Takata, Dasom Kim, Koji Yazawa, Kenzo Deguchi, Shinobu Ohki, Koji Kimoto, Shunsuke Shimizu, Yuto Okawara, Yuta Nishina, Aiko Shimada, Ryuichi Maekawa, Koji Ohara, Yuta Shuseki, Hidetoshi Morita, Tomoko Sato, Hiroyo Segawa, Hiroki Taniguchi, Atsunobu Masuno, Takeharu Yoshii, Koji Kawada, Toshinori Okura, Shinji Kohara
顿翱滨：

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