2022 Fiscal Year Annual Research Report

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

Planned Research

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, 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) 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), 講師 (50782174) 若林整東京工業大学, 工学院, 教授 (80700153)
Project Period (FY)	2020-11-19 – 2025-03-31
Keywords	超秩序構造 / ゼオライト / 蓄電材料 / ガラス / 半導体
Outline of Annual Research Achievements	大型リチウムイオン電池の負極材料として TiNb2O7に注目し、異元素置換による負極特性の向上を試みた。その結果、In 置換により充放電サイクル特性の向上に成功した。また、In 置換体をボールミル処理により微粒子化し、さらに熱処理を行うことで、260 mA h g-1を超える高容量と優れたサイクル特性の両立を達成した。散乱の小さいシリカガラスの処理条件を求め、そのガラスの構造や特性が処理条件でどのように変化するのかを調べた。1600°C 以上であれば 1800°C と同等の散乱抑制が得られるが、以下では常圧の方が良いことを示した。また、0.7GPa では長時間保持の効果がほぼ見られなかった。圧力範囲、保持時間、処理温度を明らかにし、ファイバ紡糸の適切な条件を求めた。Mn 由来の特異な青色を呈するガラスの開発に成功した.Mn の価数や局所構造が,一般的なガラスとは異なっていることを明らかにした。フィルター用ガラスとしての応用可能性を探っている。希土類-MoO3 二元系ガラスの合成に成功した.同組成の結晶とほぼ同じ原子配列を有していることを突き止めた。負の熱膨張を示す可能性がある。20MgO-SiO2 二元系において,MgO 過剰領域において熱伝導率の増加を見出した.ガラス科学の常識とは逆の傾向である。高い熱伝導ガラスとして熱伝導フィラーへの応用が考えられる。VPI-7(VSV 型)ジンコシリケートゼオライトの水熱合成時の結晶化機構を検討した。
Current Status of Research Progress	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、これまで不可能であったゼオライトの組成チューニングの達成、ガラスの劇的な性能向上といった圧倒的な成果に加え、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。2022年度の研究成果を基盤にし、理論班および手法班と連携することにより、より発展させ超秩序構造のライブラリーを作成し、それに基づく超秩序構造に基づいた材料設計、デバイス試作を進める予定である。