公開日 2026年04月07日
材料エネルギー学部 尾原幸治 教授が参加する研究グループは、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質（アモルファス）の塊（バルク）を合成することに成功しました。
得られた試料が、高い熱伝導率や硬さを示すことに加え、誘電率が約11.3と、代表的な結晶相であるα-Al2O3（サファイア）の誘電率（約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優れることから、電子材料やコーティングなどで広く用いられ、産業分野を支えている基幹材料です。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態のアルミナ（非晶質アルミナ）を塊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（9.4 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AlO5の変形とAlO6八面体の増加が進み、両者が稜共有で連結した、通常の非晶質には見られない高密度な構造が形成されることを明らかにしました。
これにより、電場に対して応答しやすい局所構造が形成され、高い誘電率の発現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、原子の配位環境（短距離構造）とその連結性（中距離構造）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、今後、誘電特性に加えて熱・機械特性を含む総合的な設計指針の確立を目指します。