高圧力下におけるイオン導電体のイオン伝導の研究

• Project/Area Number: 08229205
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 古澤 伸一 群馬大学, 工学部, 助教授 (60219110)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 櫻井 浩 群馬大学, 工学部, 助手 (80251122) ; 伊藤 文武 群馬大学, 工学部, 教授 (60005907)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 1996: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
• Keywords: イオン導電体 / イオン伝導 / 高圧力 / KTiOPO_4 / Li_2Ti_3O_7 / SrCe_<1-x>Yb_xO_<3-α>

Research Abstract

固体内のイオン移動にはframeworkの構造やframeworkと伝導イオンの相互作用が重要な役割をはたしており、イオン導電体中のイオン移動メカニズムを解明する上で、フレームワークの構造変化がイオン伝導に与える影響を調べることは重要である。本研究は、準一次元イオン導電体KTiOPO_4(KTP),Li_2Ti_3O_7及びプロトン導電体SrCe_<1-x>Yb_xO_<3-α>におけるイオン伝導度をGPa領域の高圧力下で測定し、圧力印加時の圧縮変形がイオン伝導に与える影響ついて調べる事を目的とした。実験にはKTP,Li_2Ti_3O_7単結晶及びSrCe_<1-x>Yb_xO_<3-α>焼結体を用い、常圧〜2GPaの圧力領域で電気伝導度の測定を行った。圧力印加はシリンダー式静水圧印加装置(自作)により行った。KTPのc軸方向の電気伝導度の圧力依存性を測定したところイオン伝導度が圧力の増加にともない単調減少を示す事が判った。観測されたイオン伝導度の減少は、主としてframeworkの圧縮変形によるイオン伝導経路内のボトルネックサイズの減少に伴う活性化エネルギーの増大に起因すると考えられる。常圧に対する活性化エネルギーの増加を圧力の関数dΔ(p)とし、実験結果を解析した結果dΔ(p)は、圧力の増大と共に非線形的な増大を示し、常圧〜2.0GPaまでに約0.01eVの活性化エネルギー増大がある事が判った。
又、Li_2Ti_3O_7のc-軸方向のイオン伝導度は、KTPと類似した非線形的圧力依存性を示すことが判った。観測されたイオン伝導度の減少は常圧〜1.5GPaまでに約0.004eVの活性化エネルギー増大がある事に対応している事が判った。同様の測定をプロトン導電体SrCe_<1-x>Yb_xO_<3-α>について行ったが、プロトン伝導度の顕著な変化は、2GPa以下の圧力領域では観測されず2GPa以上の高圧力における測定が望まれる。