社会実装に向けた超秩序構造物質ライブラリーに基づく合成プロセス開発

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Progressive condensed matter physics inspired by hyper-ordered structures
• Project/Area Number: 20H05880
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 脇原 徹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70377109)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 増野 敦信 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (00378879) ; 北村 尚斗 東京理科大学, 理工学部先端化学科, 准教授 (10453812) ; 若林 整 東京工業大学, 工学院, 教授 (80700153) ; 小野 円佳 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (20865224) ; 伊與木 健太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50782174)
• Project Period (FY): 2020-11-19 – 2025-03-31
• Keywords: 超秩序構造 / 蓄電材料 / ガラス / 半導体 / ゼオライト

Outline of Annual Research Achievements

超秩序構造」を理解することにより、ナノスケールで高度に構造を制御し、新規高機能性材料の創出が期待される。現在、構造・物性・機能の制御が完全に達 成できていない材料群として、ゼオライト、蓄電池材料、ガラス、半導体材料に着目し、超秩序材料の設計による高機能材料の開発とその社会実装へ向けたス ケールアップ検討を目的としている。今回、触媒や吸着材として広く用いられるFAU型ゼオライ トを対象とし、in situ HEXTS測定を行った。測定に成功したが、バックグラウンド処理などデータ処理中である。リチウムイ オン電池の負極材料として、超高速充放電が可能なTi-Nb-O系材料に着目し、TiNb2O7にInを置換した試料とTi:Nb比が異なる試料を合成した。今後充放電試験を行う予定である。 希土類シリケート二元系ガラスの合成に成功し、機械特性評価や構造解析を行った。HIPを用いて1700℃、高圧下 処理した高純度シリカガラスの作製を試みている。今後ガラスの物性評価を行う予定である。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

材料における新機能は多くの場合、ランダムに分布している不純物の存在や原子配列の不均質性によって実現している。しかしながら微量のドーパントや空隙構 造などの理解は十分ではない。現在、構造・物性・機能の制御が完全に達成できていない材料群として、ゼオライト、蓄電池材料、ガラス、半導体材料に着目 し、超秩序材料の設計による高機能材料の開発とその社会実装へ向けたスケールアップ検討を目的としている。本研究により得られている成果は超秩序構造を有 する材料の実用化へ向けて不可欠なものである。さらに、ゼオライトの結晶化メカニズムに関してこれまでに不可能であったリング構造変化を検出できた点、ガ ラスの劇的な性能向上、不規則岩塩型正極材料について、超秩序構造ライブラリーの構築などが進んでいる。また、他班との共同研究も順調に進捗しており、当 初の計画を大きく上回る成果が出ていると評価している。

Strategy for Future Research Activity

以上の成果は、超秩序構造を有する材料の実用化へ向けて不可欠なものである。理論班および手法班と連携することにより、材料設計、デバイス試作を進める予定である。