(57)【要約】【課題】セラミックス前駆体の添加成分を主成分中へより分散させる。【解決手段】原子配置セラミックスは、主成分であるａ成分や添加成分であるｂ成分に配位可能な易配位部位２２とａ成分やｂ成分との結合が抑制される難配位部位２３とを有する配位子２１を、ａ成分及びｂ成分とに配位させてａ錯体配位子２４及びｂ錯体配位子２５を作製し、２つ以上の難配位部位２３と結合可能なｃ成分を含むイオン又は錯体（ｃ成分２６）をａ錯体配位子２４やｂ錯体配位子２５を含む溶液へ加え、前駆体２８を生成し、生成した前駆体２８を穏和な条件で焼成することにより得られる。前駆体２８の生成時に、ｂ錯体配位子２５同士は難配位部位２３により結合が抑制され、これらの間にｃ成分が介在するから、添加成分であるｂ成分同士が隣接することがなく、ｂ成分が隣りあって存在するのが十分抑制される。【選択図】図２
2009227540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分であるａ成分及びｃ成分と添加成分であるｂ成分とを含むセラミックスの前駆体を製造するセラミックス前駆体の製造方法であって、
前記ｂ成分と配位する易配位部位と前記ｂ成分との結合が抑制される難配位部位とを有する配位子を前記易配位部位で前記ｂ成分へ配位させる錯体配位子生成工程と、
前記配位子の難配位部位の１以上及び前記ａ成分を含むイオン又は錯体との結合が可能であるｃ成分を含むイオン又は錯体を前記錯体配位子生成工程後のｂ成分と前記ａ成分を含むイオン又は錯体とへ加え、前駆体を生成する前駆体生成工程と、
を含むセラミックス前駆体の製造方法。
【請求項２】
前記錯体配位子生成工程では、前記ａ成分と配位する易配位部位と前記ａ成分及び前記ｂ成分との結合が抑制される難配位部位とを有する配位子を前記易配位部位で前記ａ成分へも配位させ、
前記前駆体生成工程では、前記ａ成分に配位した前記配位子の難配位部位へも結合可能であるｃ成分を含むイオン又は錯体を前記錯体配位子生成工程後のａ成分及びｂ成分へ加え前駆体を生成する、請求項１に記載のセラミックス前駆体の製造方法。
【請求項３】
前記錯体配位子生成工程では、前記配位子として、シアンイオン（シアノ：ＣＮ-）、チオシアン酸イオン（チオシアナト及びイソチオシアナト：ＳＣＮ-）、一酸化炭素（カルボニル：ＣＯ）、シアン酸イオン（シアナト及びイソシアナト：ＯＣＮ-）、一酸化窒素（ニトロシル：ＮＯ）、亜硫酸イオン（ニトリト及びニトロ：ＮＯ2-）、チオオキサラト（Ｃ2Ｏ2Ｓ2-）、アミノ酸（ＲＣＨＮＨ2ＣＯＯ-：Ｒは置換基）、ニトロ酢酸イオン（Ｏ2ＮＣＨ2ＣＯＯ-）、サレン誘導体、から選ばれる１以上を配位させる、請求項１又は２に記載のセラミックス前駆体の製造方法。
【請求項４】
前記前駆体生成工程では、前記ｃ成分として前記ａ成分を含む成分を加える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックス前駆体の製造方法。
【請求項５】
前記錯体配位子生成工程では、前記ａ成分がＺｒイオンであり、前記ｂ成分がＹ、Ｓｃ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙｂから選ばれる１以上のイオンであり、
前記前駆体生成工程では、前記ｃ成分がＺｒイオンである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミックス前駆体の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミックス前駆体の製造方法により製造された、セラミックス前駆体。
【請求項７】
請求項６に記載のセラミックス前駆体を焼成する焼成工程、を含むセラミックスの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のセラミックスの製造方法により製造された、セラミックス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックス前駆体の製造方法、セラミックス前駆体、セラミックスの製造方法及びセラミックスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミックスとしては、Ｇａ2Ｏ3を主成分とし、この主成分のうち０．５％〜１５％がＶ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのうちずれか１種又は複数種の原子（添加成分）に置換されており、酸化雰囲気中又は還元雰囲気中で熱処理をする／しないことにより、「Ｏ」の欠損数を調整することができ、それにより希薄強磁性半導体及び希薄常磁性絶縁体の双方を得ることができるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＺｒＯ2を主成分とし、Ｙを添加成分として加える際に、Ｙ原子を分散して配置すると酸素イオン伝導度を高めることができるというシミュレーション結果が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００８−４６５３号公報
【非特許文献１】Solid State Ionics 126(1999)181-189
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この特許文献１に記載されたセラミックスでは、添加する成分の分散性については検討されていなかった。例えば、添加する原子が主成分の中に比較的固まった状態で存在しているか、できるだけ分散した状態で存在しているかによって、そのセラミックスが有している機能に差が出ることが考えられる。ここで、非特許文献１のように、主成分に添加する成分は、より分散した状態である方が、より少ない量で有効に添加成分の効果を発揮することがある。しかしながら、非特許文献１では、具体的に添加成分をより分散する方法については検討されておらず、添加する成分を主成分中により分散させることが望まれていた。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、添加成分を主成分中へより分散させることができるセラミックス前駆体の製造方法、セラミックス前駆体、セラミックスの製造方法及びセラミックスを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、添加成分に添加成分への配位が抑制される難配位部位を有する配位子を配位させて、この難配位部位に結合可能な成分をあとで加えるものとすると、添加成分同士を隣接することなく添加成分を主成分中へより分散させることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明のセラミックス前駆体の製造方法は、
主成分であるａ成分及びｃ成分と添加成分であるｂ成分とを含むセラミックスの前駆体を製造するセラミックス前駆体の製造方法であって、
前記ｂ成分と配位する易配位部位と前記ｂ成分との結合が抑制される難配位部位とを有する配位子を前記易配位部位で前記ｂ成分へ配位させる錯体配位子生成工程と、
前記配位子の難配位部位の１以上及び前記ａ成分を含むイオン又は錯体との結合が可能であるｃ成分を含むイオン又は錯体を前記錯体配位子生成工程後のｂ成分と前記ａ成分を含むイオン又は錯体とへ加え、前駆体を生成する前駆体生成工程と、
を含むものである。
【０００７】
このセラミックス前駆体の製造方法では、添加成分であるｂ成分と配位する易配位部位とｂ成分との結合が抑制される難配位部位とを有する配位子を易配位部位でｂ成分へ配位させる。このとき、配位子の難配位部位がｂ成分の外周側にあるため、配位子が配位した後のｂ成分（以下ｂ錯体配位子とも称する）同士が互いに配位して結合することが抑制される。次に、この配位した配位子の難配位部位の１以上及びａ成分を含むイオン又は錯体との結合が可能であるｃ成分を含むイオン又は錯体を、ｂ錯体配位子と主成分であるａ成分を含むイオン又は錯体とへ加え、前駆体を生成する。このとき、難配位部位の２以上と結合可能なｃ成分を含むイオン又は錯体を加えると、例えばａ成分を含むイオン又は錯体とｂ錯体配位子との間にｃ成分を含むイオン又は錯体が介在してこれらが結合したり、ａ成分を含むイオン又は錯体同士の間にｃ成分を含むイオン又は錯体が介在してこれらが結合したり、あるいはｂ錯体配位子同士の間にｃ成分を含むイオン又は錯体が介在してこれらが結合したりする。このため、添加成分であるｂ成分同士が隣接することがなく、ｂ成分が隣りあって存在するのが十分抑制される。したがって、添加成分同士が隣接することなく添加成分を主成分中へより分散させることができる。なお、このように、それ自身が錯体であっても、配位結合を形成するような配位子として働くｂ錯体配位子のような錯体を一般に「錯体配位子」と呼ぶ。
【０００８】
本発明のセラミックス前駆体の製造方法において、前記錯体配位子生成工程では、前記ａ成分と配位する易配位部位と前記ａ成分及び前記ｂ成分との結合が抑制される難配位部位とを有する配位子を前記易配位部位で前記ａ成分へも配位させ、前記前駆体生成工程では、前記ａ成分に配位した配位子の難配位部位へも結合可能であるｃ成分を含むイオン又は錯体を前記錯体配位子生成工程後のａ成分及びｂ成分へ加え前駆体を生成するものとしてもよい。こうすれば、ａ成分にも難配位部位を有する配位子が配位しているため、ａ成分とｂ成分とを混合した際にこれらが結合してしまうのをより抑制することができる。また、配位子が配位した後のａ成分（以下ａ錯体配位子とも称する）とｂ錯体配位子との間にｃ成分を含むイオン又は錯体が介在してこれらが結合したり、ａ錯体配位子同士の間にｃ成分を含むイオン又は錯体が介在してこれらが結合したりするから、ａ成分とｂ成分とが隣りあったり、ａ成分同士が隣りあったりするのも抑制される。ここで、ａ成分へ配位する配位子とｂ成分へ配位する配位子とは、同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。
【０００９】
本発明のセラミックス前駆体の製造方法において、前記錯体配位子生成工程では、前記配位子として、シアンイオン（シアノ：ＣＮ-）、チオシアン酸イオン（チオシアナト及びイソチオシアナト：ＳＣＮ-）、一酸化炭素（カルボニル：ＣＯ）、シアン酸イオン（シアナト及びイソシアナト：ＯＣＮ-）、一酸化窒素（ニトロシル：ＮＯ）、亜硫酸イオン（ニトリト及びニトロ：ＮＯ2-）、チオオキサラト（Ｃ2Ｏ2Ｓ2-）、アミノ酸（ＲＣＨＮＨ2ＣＯＯ-：Ｒは置換基）、ニトロ酢酸イオン（Ｏ2ＮＣＨ2ＣＯＯ-）、サレン誘導体、から選ばれる１以上を配位させるものとしてもよい。なお、置換基Ｒは、炭化水素、芳香環又は水素を１以上含むものとしてもよいが、取り扱いが簡便であるという観点から水素（例えばグリシン）であることがより好ましい。
【００１０】
本発明のセラミックス前駆体の製造方法において、前記前駆体生成工程では、前記ｃ成分として前記ａ成分を含む成分を加えるものとしてもよい。こうすれば、主成分であるａ成分と添加成分であるｂ成分との系において、比較的容易に添加成分であるｂ成分をｂ成分同士が隣接することなく分散させることができる。
【００１１】
本発明のセラミックス前駆体の製造方法において、前記錯体配位子生成工程では、前記ａ成分がＺｒイオンであり、前記ｂ成分がＹ、Ｓｃ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙｂから選ばれる１以上のイオンであり、前記前駆体生成工程では、前記ｃ成分がＺｒイオンであるものとしてもよい。特に、ジルコニアセラミックスなどのイオン導電性を有するセラミックスなどでは、添加成分がより分散する方が機能が高まることが多いため、本発明を適用する意義が高い。例えば、非特許文献１では、Ｙ原子が隣接しないように配置されたジルコニアセラミックスでは、Ｙ原子をランダムに配置した場合に比して、より高い酸素イオン伝導度（例えば、作動温度８００℃において２倍の酸素イオン伝導度など）を得ることがシミュレーションによって確認されている。あるいは、前記錯体配位子生成工程では、前記ａ成分がＡｌイオンであり、前記ｂ成分がＭｇイオンであり、前記前駆体生成工程では、前記ｃ成分がＡｌイオンであるものとしてもよい。こうすれば、Ａｌを含むセラミックスにおいて添加成分のＭｇをより分散することができる。あるいは、前記錯体配位子生成工程では、前記ａ成分がＣｅイオンであり、前記ｂ成分がＳｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｇｄ、Ｙ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｌｕ、Ｔｍから選ばれる１以上のイオンであり、前記前駆体生成工程では、前記ｃ成分がＣｅイオンであるものとしてもよい。こうすれば、Ｃｅを含むセラミックスにおいて添加成分をより分散することができる。あるいは、前記錯体配位子生成工程では、前記ａ成分がＬａイオン及び／又はＧａイオンであり、前記ｂ成分がＳｒ、Ｍｇから選ばれる１以上のイオンであり、前記前駆体生成工程では、前記ｃ成分がＬａイオン及びＧａイオンのうち少なくとも一方であるものとしてもよい。こうすれば、Ｌａ及びＧａを含むセラミックスにおいて添加成分のＭｇをより分散することができる。
【００１２】
本発明のセラミックス前駆体は、上述したいずれか１つに記載のセラミックス前駆体の製造方法により製造されたものである。したがって、上述した製法のいずれかを用いればそれと同様の効果、例えば、添加成分同士が隣接することなく、添加成分を主成分中へより分散させることができる効果を奏する。
【００１３】
本発明のセラミックスの製造方法は、上述したセラミックス前駆体を焼成する焼成工程、を含むものである。このセラミックスの製造方法によれば、添加成分を主成分中へより分散させることができる。なお、この焼成工程では、前駆体に含まれる成分の移動を抑制する穏和な条件、例えば本発明を適用せずにランダムに各成分を配置した前駆体を焼成する場合に比して低い温度で焼成したり、昇温速度をより小さくしたり、酸素濃度を低くしたりするなどで焼成することが好ましい。また、本発明のセラミックスは、上述のセラミックスの製造方法により製造されたものである。したがって、上述した製法のいずれかを用いればそれと同様の効果、例えば添加成分を主成分中へより分散させることができる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて説明する。図１は、６配位構造をとるａ成分及びｂ成分へ配位子２１を配位したａ錯体配位子２４とｂ錯体配位子２５の説明図であり、図２は、ｃ成分２６を添加して前駆体２８を生成する前駆体生成工程の一例を表す模式図であり、図３は、前駆体２８を焼成して得られた原子配置セラミックス３０の一例を表す説明図である。なお、説明の便宜のため、「ｃ成分（例えば１種以上の元素イオンなど）を含むイオン又は錯体」を単に「ｃ成分」，「ｃ成分２６」と称して以下説明する。本発明のセラミックスの製造方法は、（１）主成分であるａ成分（例えば１種以上の元素イオンなど）と添加成分であるｂ成分（例えば１種以上の元素イオンなど）を調製し配位子を配位させる錯体配位子生成工程と、（２）配位子を配位した成分（ａ錯体配位子及びｂ錯体配位子）へｃ成分を加えて前駆体を生成する前駆体生成工程と、（３）生成した前駆体を焼成する焼成工程と、を含むものである。ここでは、主成分としてａ成分、添加成分としてｂ成分、前駆体を生成する成分としてｃ成分（ここではｃ成分も主成分とする）を用いる場合について、以下、各工程順に説明する。ここで、「主成分」とは、セラミックス全体の組成のうち１番目や２番目などに多い、上位成分などをいい、全体に占める「主成分」の合計の割合が５０％以上であることが好ましく、８０％以上や９０％以上の成分とするのがより好ましい。「添加成分」とは、全体に占める割合が５０％未満の成分をいい、２０％以下や１０％以下の成分とするのがより好ましい。
【００１５】
（１）錯体配位子生成工程
この工程では、ａ成分及びｂ成分のうち少なくともｂ成分へ配位子を配位させる処理を行う。なお、ａ成分へも配位子を配位させる処理を行うことが、より好ましい。こうすれば、ａ成分とｂ成分とを混合した際にこれらが結合してしまうのをより抑制することができる。また、ａ成分を後に加えるｃ成分と結合させ、効率よく目的とする前駆体を得ることができる。なお、ｃ成分が難配位部位と結合を形成できる空きサイトを有する錯体配位子であれば、ａ成分は必ずしも配位子が配位されてない状態（フリーイオン）でもよい。ここでは、ａ成分及びｂ成分へ配位子を配位させる処理を主として説明する。まず、ａ成分及びｂ成分（例えば特定の元素）を含む塩などを用いてａ成分及びｂ成分を含む溶液を調製する。ａ成分及びｂ成分としては、例えばａ成分をＺｒイオンとしｂ成分をＹ、Ｓｃ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｙｂから選ばれる１以上のイオンとするＺｒ系や、ａ成分をＡｌイオンとしｂ成分をＭｇイオンとするＡｌ系、ａ成分をＣｅイオンとしｂ成分をＳｍ、Ｐｍ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｇｄ、Ｙ、Ｙｂ、Ｄｙ、Ｅｒ、Ｅｕ、Ｈｏ、Ｌｕ、Ｔｍから選ばれる１以上のイオンとするＣｅ系、ａ成分をＬａイオン及び／又はＧａイオンとしｂ成分をＳｒ、Ｍｇから選ばれる１以上のイオンとするＬａ系などが挙げられる。また、ｂ成分の添加量は、適宜目的とする組成などに合わせて選択するものとする。溶液の濃度は、用いる成分によって適宜選択するのが好ましい。溶媒は、有機系溶媒や水などを用いることができ、このうち取り扱いが簡便であるという観点から水やアルコールなどを選択するのが好ましい。配位子は、ｂ成分と配位する易配位部位と前記ｂ成分との結合が抑制される難配位部位とを有するものを用いる。例えば、配位子は、表１に示すように、シアンイオン（シアノ：ＣＮ-）、チオシアン酸イオン（チオシアナト及びイソチオシアナト：ＳＣＮ-）、一酸化炭素（カルボニル：ＣＯ）、シアン酸イオン（シアナト及びイソシアナト：ＯＣＮ-）、一酸化窒素（ニトロシル：ＮＯ）、亜硫酸イオン（ニトリト及びニトロ：ＮＯ2-）、チオオキサラト（Ｃ2Ｏ2Ｓ2-）、アミノ酸（ＲＣＨＮＨ2ＣＯＯ-：Ｒは置換基）、ニトロ酢酸イオン（Ｏ2ＮＣＨ2ＣＯＯ-）などの２座配位部位を有する配位子や、サレン誘導体などの３座又はそれ以上のキレート配位部位を有する配位子、から選ばれる１以上を配位させるものとしてもよい。このとき、配位子の複数の配位部位は非対称であることが好ましく、このうち、易配位部位は形成する結合配位結合が強く置換不活性であり、難配位部位は形成する配位結合が弱く置換活性であることがさらに好ましい。ここで易配位部位とは、例えば、負電荷を有する配位原子（Ｃ、Ｏ、Ｓ）や、二座以上のキレート配位部位などが挙げられる。ただし、チオシアン酸イオン、シアン酸イオン、亜硝酸イオンやチオオキサラトなどに代表されるように、金属イオンとの親和性によって、易配位部位と難配位部位が入替わってもよい。（例えば、亜硝酸イオンは結合する金属イオンや条件により、Ｏで配位する場合（ニトリト錯体）とＮで配位する場合（ニトロ錯体）がある。同様にチオオキサラトはＳＳ’側のキレートで配位する場合（−ＳＳ’）とＯＯ’側のキレートで配位する場合���−ＯＯ’）がある。）なお、ａ成分に配位する配位子も同様である。この配位子は、ａ成分に配位する配位子とｂ成分に配位する配位子とを別のものとしてもよいし同じものとしてもよい。また、錯体配位子生成工程において、ａ成分に対して配位子を配位したａ錯体配位子を含む溶液とｂ成分に対して配位子を配位したｂ錯体配位子を含む溶液とを調製し混合するものとしてもよいし、ａ成分とｂ成分とを含む溶液に配位子を添加して各成分に配位子を配位するものとしてもよい。図１に示すように、このａ錯体配位子２４及びｂ錯体配位子２５では、錯体核であるａ成分側に易配位部位２２、外側に難配位部位２３が向いた状態で配位子２１がａ成分に配位している。このａ錯体配位子２４及びｂ錯体配位子２５では、易配位部位は、形成する結合配位結合が強い（置換不活性）ため、一度形成されると解離しにくく、逆に難配位部位は形成する配位結合が弱い（置換活性）ため、一度ａ成分やｂ成分と結合を形成してしまっても、すぐに解離することができる。したがって、最終的にはａ成分やｂ成分と結合するのは易配位部位２２のみであり、その際、外周側に難配位部位２３が並ぶので、ａ成分とｂ成分とが互いに結合しにくい状態となっている。
【００１６】
【表１】
2009227540.tif 000003
【００１７】
（２）前駆体生成工程
この工程では、ｂ成分に配位した配位子の難配位部位の１以上とａ成分に配位した配位子の難配位部位の１以上と結合可能であるｃ成分を錯体配位子生成工程後のｂ成分とａ成分とへ加え前駆体を生成する処理を行う。このｃ成分としては、ａ成分と異なる成分を含むものを用いるものとしてもよいし、ａ成分を含む成分を用いるものとしてもよい。ｃ成分としてａ成分と異なる成分を用いれば、ａ成分及びｂ成分の間の分散と、ａ成分同士の分散と、ｂ成分同士の分散とを図ることができ、ｃ成分としてａ成分を含む成分を用いれば、ｂ成分同士の分散を図ることができる。このｃ成分は、溶液に分散させた状態で、錯体配位子生成工程後のａ錯体配位子及びｂ錯体配位子とへ加えるのが好ましい。また、このｃ成分は、フリーイオン、錯体などの形態としてもよいが、ａ錯体配位子及びｂ錯体配位子の外周側に並ぶ、難配位部位と結合を形成できる空きサイトを２つ以上有することが好ましい。図２に示すように、ａ錯体配位子２４とｂ錯体配位子２５とが分散した溶液へｃ成分２６を含む溶液を加える。このｃ成分２６は、ここでは２つの難配位部位２３と結合可能な形態（例えばフリーイオン又は錯体）とした。すると、ａ成分やｂ成分に配位した配位子２１のいずれかと、各々のｃ成分２６が結合し、ａ錯体配位子２４及びｂ錯体配位子２５の間、ａ錯体配位子２４同士の間、ｂ錯体配位子２５同士の間にｃ成分２６が介在した状態の前駆体２８が生成する。この前駆体２８は、ａ錯体配位子２４やｂ錯体配位子２５と次々に結合するという、自己組織化過程を経て、結晶、もしくは粉体として得られる。また、上記溶媒の種類や溶液濃度、反応温度を制御することにより、ナノサイズの粒子に析出して得ることができる。このように生成した前駆体２８は、ｃ成分が介在することによりａ錯体配位子同士、ｂ錯体配位子同士、あるいはａ錯体配位子とｂ錯体配位子２５とが隣り合わせにはならない状態で結合した状態で生成される。
【００１８】
（３）焼成工程
この工程では、主成分であるａ成分及びｃ成分と添加成分であるｂ成分との配置を制御して得られた前駆体２８を焼成する処理を行う。この焼成工程では、前駆体２８に含まれる配置を制御したｂ成分同士が隣接してしまうような大きな成分の移動を抑制する穏和な条件で行うことが好ましい。穏和な条件とは、例えば、上述した錯体配位子生成工程や前駆体生成工程を経ずにランダムに各成分を配置した前駆体を焼成する場合に比して、低い温度で焼成したり、昇温速度をより小さくしたり、酸素濃度を低くしたりなどすることをいう。焼成温度は、形成されるセラミックスの種類、得たい粒径などに基づき適宜選択することが好ましい。なお、前駆体生成工程で形成された原子配列を維持するといった観点からは、通常の焼結温度の２００℃以下の温度で焼成することがより好ましい。例えば、ジルコニアセラミックスでは１２００℃以下、より好ましくは１０００℃以下で焼成することが好ましい。このように焼成すると、図３に示すように、ａ成分同士、ｂ成分同士、あるいはｃ成分同士が隣り合わせにはならない状態、つまり、各成分がより分散した原子配置セラミックス３０となる。なお、図３中においてＯは、焼成工程において焼成した際に、焼成雰囲気（例えば、大気）もしくは原料中に含まれる酸素が配位子と置き換わって配置されるものであり、焼成雰囲気や原料を調整することによりＮ（窒化物）やＣ（炭化物）などに置き換えることもできる。
【００１９】
次に、本発明のセラミックスの製造方法の具体例を以下に説明する。図４は、主成分をＺｒとするＺｒ錯体配位子４４と添加成分をＹとするＹ錯体配位子４５の説明図であり、図５は、Ｚｒ成分４６を添加して前駆体４８を生成する前駆体生成工程の模式図であり、図６は、前駆体４８を焼成して得られた原子配置セラミックス５０の一例を表す説明図である。ここでは、図４に示すように、ａ成分としてＺｒイオン、ｂ成分としてＹイオン、ｃ成分としてＺｒイオン、配位子４１としてシアンイオン（シアノ：ＣＮ-）を用いた例を説明する。なお、シアンイオンのＣ側が易配位部位４２であり、Ｎ側が難配位部位４３である。まず、ＺｒイオンとＹイオンとを溶媒（水、又はアルコールなどの有機溶媒）中に分散させた溶液を調製する。このとき、例えば、焼きあがった原子配置セラミックス５０の全体に対するＹ原子の割合が８ｍｏｌ％、Ｚｒ原子の割合が４２ｍｏｌ％で配合されるように溶液の濃度を調整する。その溶液中にシアンイオン（例えば、ＫＣＮ，ＮａＣＮなどのシアン化物）を加えて図４に示すようなＺｒ錯体配位子４４及びＹ錯体配位子４５を作製する。なお、加えるシアンイオンの量は図４に示すとおり、Ｚｒイオン、Ｙイオンに対して６等量加えてもよいし、さらに追加して、８等量などにしてもよい（８等量加えた場合は、Ｚｒイオン、Ｙイオンは８配位錯体となる。）。次に、図５に示すように、配位子４１の難配位部位４３と結合可能なＺｒ成分４６（例えば硫酸ジルコニウム、ジルコニウムブトキシドなどの塩やジルコニウムとエチレンジアミンとの錯体：Ｚｒ（ｅｎ）2（ＳＯ4）2など）をＺｒ錯体配位子４４とＹ錯体配位子４５とが混合している溶液中に加える。このとき、加えるＺｒ成分４６の量を、例えば、焼きあがった原子配置セラミックス５０全体に対するＺｒ原子の割合が残りの５０ｍｏｌ％となるようにしてもよい。Ｚｒ成分４６を加えると、Ｚｒ錯体配位子４４及びＹ錯体配位子４５の各々の難配位部位４３とＺｒ成分４６とが結合し、Ｙ原子同士の間に少なくともＺｒ原子が１個以上介在した状態の前駆体４８が生成する。この前駆体４８は、自己組織化過程を経て、結晶、もしくは粉体として得られる。また、上記溶媒の種類や溶液濃度、反応温度を制御することにより、ナノサイズの粒子として得ることができる。このように前駆体４８は、Ｙ原子同士が隣り合わせにはならない状態で結合した状態で生成される。そして、前駆体４８を穏和な条件で焼成することにより図６に示すようなＹ原子が隣接しないように原子配置された原子配置セラミックス５０を得ることができる。
【００２０】
以上詳述した本実施形態の原子配置セラミックス３０によれば、易配位部位２２と難配位部位２３とを有する配位子２１を主成分であるａ成分と添加成分であるｂ成分に配位させてａ錯体配位子２４及びｂ錯体配位子２５を作製し、２つの難配位部位２３と結合可能なｃ成分２６をａ錯体配位子２４及びｂ錯体配位子２５を含む溶液へ加え、前駆体２８を生成する。このとき、ｂ成分は、易配位部位２２と強く結合を形成して解離せず、外周部を難配位部位２３により取り囲まれているため、ｂ成分同士の結合が抑制され、形成される前駆体２８では、これらの間にｃ成分２６が介在するため、前駆体２８を焼成して形成されるセラミックス３０において、添加成分であるｂ成分同士が隣接して結合されず、ｂ成分が隣りあって存在するのが十分抑制される。したがって、添加成分ｂを主成分であるａ成分及びｃ成分中へｂ成分同士が隣り合うことなく分散させることができる。また、ａ成分側にもｂ錯体配位子２５と同じ配位子２１を配位させるため、ａ錯体配位子とｂ錯体配位子とを混合した際にこれらが結合してしまうのをより抑制することができるし、ｃ成分２６がａ錯体配位子およびｂ錯体配位子の難配位部位２３と結合するため、ｂ成分と同様、ａ成分同士とｃ成分同士が十分に分散されることはいうまでもない。また、ａ成分、ｂ成分、ｃ成分の混合比を変えることによって狙いの化学量論比で前駆体２８を自己組織化させることができる。更に、本発明の前駆体生成工程において、主成分であるａ成分をＺｒイオンとし、さらにｃ成分を主成分と同じＺｒイオンとすれば、焼成して形成されるジルコニアセラミックスの主成分であるＺｒ原子と添加成分であるＹ原子との系において、比較的容易に添加成分であるＹ原子を分散させることができる。特に、上述したようなジルコニアセラミックスなどのイオン導電性を有するセラミックスなどでは、添加成分がより分散する方が機能が高まることが多いため、本発明を適用する意義が高い。例えば、上述したように得られた原子配置セラミックス５０では、Ｙ原子をランダムに配置した場合に比してより高い酸素イオン伝導度（例えば、作動温度８００℃において２倍の酸素イオン伝導度など）を得ることができる。
【００２１】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００２２】
例えば、上述した実施形態では、主成分であるＺｒイオンにも配位子４１を配位するものとしたが、前駆体生成工程において加えるＺｒ成分４６が主成分であるＺｒイオンと結合可能なもの（例えば、Ｙ錯体配位子４５の難配位部位４３と結合可能な空きサイトを有し、かつ、主成分であるＺｒと結合を形成できる錯体配位子）とすれば、これを省略してもよい。また、前駆体生成工程で添加する成分は、２つの難配位部位４３と結合可能なＺｒ成分４６としたが、２以上であればいくつと結合可能なものとしてもよい。また、上述した実施形態では、前駆体生成工程において、主成分と同じＺｒイオンを含むＺｒ成分４６を加えるものとしたが、目的の成分に合わせて適宜異なるものを加えるものとしてもよい。なお、ａ成分及びｃ成分をＺｒイオンとし、ｂ成分をＹイオンとして説明したが、特にこれに限定されず、本発明を適用することができる。
【００２３】
上述した実施形態では、原子配置セラミックスの製造方法及び原子配置されたセラミックスとして説明したが、焼成工程を行わずに、原子配置された前駆体の製造方法としてもよいし、この製造方法により製造された前駆体としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、セラミックスの製造分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ａ成分及びｂ成分へ配位子２１を配位したａ錯体配位子２４とｂ錯体配位子２５の説明図である。
【図２】ｃ成分を含むイオン又は錯体を添加して前駆体２８を生成する前駆体生成工程の一例を表す模式図である。
【図３】前駆体２８を焼成して得られた原子配置セラミックス３０の一例を表す説明図である。
【図４】主成分をＺｒとするＺｒ錯体配位子４４と添加成分をＹとするＹ錯体配位子４５の説明図である。
【図５】Ｚｒ成分４６を添加して前駆体４８を生成する前駆体生成工程の模式図である。
【図６】前駆体４８を焼成して得られた原子配置セラミックス５０の一例を表す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
２１，４１  配位子、２２，４２  易配位部位、２３，４３  難配位部位、２４  ａ錯体配位子、２５  ｂ錯体配位子、２６  ｃ成分、２８，４８  前駆体、３０，５０  原子配置セラミックス、４４  Ｚｒ錯体配位子、４５  Ｙ錯体配位子、４６  Ｚｒ成分。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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