Exploring new layered compounds by designing synthesis reactions
| Project/Area Number |
20KK0124
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
三浦 章 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (10603201)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤岡 正弥 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (40637740)
後藤 陽介 東京都立大学, 理学研究科, 助教 (60760783)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
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| Keywords | 新規化合物 / その場観察 / 反応理解 / 層状化合物 / 新規物質探索 / 固相反応 / 合成設計 / 層状構造 / 反応設計 / 計算科学 |
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| Outline of Research at the Start |
X線回折および電子顕微鏡を用いた固相反応の可視化と、第一原理計算や機械学習を組み入れた計算科学による固相反応の論理化により、多元系層状化合物における複雑な固相合成反応を論理的に設計するための反応モデルを提案する。反応モデルから多元系層状化合物の合成反応を設計することで、電池材料・熱電材料・超伝導材料を創出する。日本・アメリカ・イギリスの若手研究者による固相反応化学に関する研究拠点を構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
計算科学の発展によって、物質の構造・特性・熱力学的安定性に関する知見を用いた材料開発が行われるようになった一方で、材料合成は未だに試行錯誤によって行われており、時間がかかり、不確実性があり、成功するにはセレンディピティが必要になることもある。そこで研究では、層状化合物の合成反応を逐次的な反応の可視化と論理化によって明らかにし、新規層状化合物の論理的な探索を目指すものである。
主要な成果として、熱力学的な安定性と準安定性を整理することで、合成経路と化合物の安定性の理解を深めた。合成反応中に相対的な安定性が変化する場合と変化しない場合において、ことなる準安定性が必要なことを提案した。この準安定性の定義のもと、リチウムイオン伝導体であるLi3YCl6の多形生成における準安定性と合成経路の関連性を議論した。また、新規熱電材料であるNaSnAsやEuCuAs、１次元物質ZrTe3に大量のAgイオンを導入することで新規結晶相と構造変化過程で生じる擬アモルファス相を発見した。
海外での研究打ち合わせは１１月にミシガン大学にてWenhao Sun教授と共同研究をおこなった。また、彼がオーガナイザーを務める国際会議（MRS 2022 fall: Symposium DS01: Modern Materials Thermodynamics）での学会発表を行った。彼は１２月末に北大でもＳＥＭ－ＥＤＸを用いたその場実験を行っており、国際共同研究の強力なネットワークが確立しつつある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
合成反応の理論の構築、新規材料の創出ともにおおむね予定通りに進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、その場ＳＥＭ－ＥＤＸを用いた固相合成の可視化による新規化合物の創出を目指す。また、６月に国際ワークショップやシンポジウムの企画、ミシガン大学からの学生の受け入れ、秋以降でミシガン大学での研究を予定している。
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Report
(3 results)
Research Products
(34 results)
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[Journal Article] Observing and modeling the sequential pairwise reactions that drive solid-state ceramic synthesis2021
Author(s)
Akira Miura, Christopher J. Bartel, Yusuke Goto, Yoshikazu Mizuguchi, Chikako Moriyoshi, Yoshihiro Kuroiwa, Yongming Wang, Toshie Yaguchi, Manabu Shirai, Masanori Nagao, Nataly Carolina Rosero-Navarro, Kiyoharu Tadanaga, Gerbrand Ceder, Wenhao Sun
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: -
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] YBa2Cu3O7-x の固相合成を視て理解する2020
Author(s)
三浦 章, Christopher J. Bartel, 後藤 陽介, 水口 佳一, 森吉 千佳, 黒岩 芳弘, Yongming Wang, 矢口 紀恵, 白井 学, 長尾 雅則, Nataly Carolina Rosero-Navarro, 忠永清治, Gerbrand Ceder, Wenhao Sun
Organizer
第14回物性科学領域横断研究会
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