1996 Fiscal Year Annual Research Report
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08229203
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宮本 明 東北大学, 工学部, 教授 (50093076)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保 百司 東北大学, 工学部, 助手 (90241538)
ADIL Fahmi 東北大学, 工学部, 講師 (20282105)
ANDRAS Stir 東北大学, 工学部, 講師 (30271860)
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| Keywords | 固体イオニクス / 分子動力学法 / YSZ / 歪人工超格子 / CeO_2 / 酸素イオン拡散 / ホタル石型構造 / 分子設計 |
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| Research Abstract |
固体イオニクスにおいては、酸素イオン、プロトンなどイオンの固体中での高速な動きを実現することが重要である。著者らは、固体電解質をそれよりも格子定数の大きさ固体材料で挟みこんだ人工超格子を作成し、固体電解質の構造を歪ませることによって、酸素イオンの拡散を高速化できるのではないかと考えた。そこで分子動力学(MD)法を活用し、固体電解質として広く活用されているYSZの歪人工超格子を作成し、酸素イオン拡散速度の検討を行った。
具体的には、YSZをそれよりも格子定数の大きな固体材料で挟みこむことによって、YSZのa軸方向、b軸方向の格子定数が伸ばされると、酸素イオンの拡散パスに関係するZr-ZrまたはZr-Yの原子間距離が広げられる。これにより酸素拡散のための活性化エネルギーが低減し、酸素イオンの拡散が高速化されると考えた。まず、YSZを挟みこむのに適切な固体材料の選択をする前に、YSZ固体(10.2mol%Y_2O_3)のa軸方向とb軸方向の格子定数を強制的に2.5%、5%、7.5%膨張させた系についてMD計算を行ない、酸素拡散の挙動を調べた。その結果、たった2.5%の格子膨張で2倍弱、5%の格子膨張で約3倍、7.5%で約4倍もの高い拡散速度を得られることが明らかとなった。
YSZ(10mol%Y_2O_3で格子定数は5.145Å)よりも格子定数が大きく、YSZとエピタキシャルな関係で結晶成長が可能な材料の候補として、同じホタル石型構造を持ち、格子定数が5.411ÅのCeO_2を考えた。そこで、YSZ(10.2mol%Y_2O_3)をCeO_2に挟みこんで歪人工超格子を作成し、酸素拡散の挙動をMD法により解析した。その結果、YSZ単体に比べ、YSZ/CeO_2歪人工超格子中の酸素イオンの拡散係数は約2倍の値をとることが明らかとなった。
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Research Products
(6 results)
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[Publications] H. Takaba et al.: "Molecular Simulation of the Desorption Process on Solid Surfaces under Vacuum and Supercritical Conditions" Surface Science. 357/358. 703-707 (1996)
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[Publications] M. Katagiri et al.: "The Dynamics of Surface of Metallic and Momolayer Systems : An Enbedded-Atom Molecular Dynamics Study" Materials Science & Ergineering A. 217/218. 112-115 (1996)
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[Publications] M. Komiyama et al.: "Effects of Atomic Arrangement at Tip Apex and Tip-Sample Distance on Atomic Force Microscopy Images : A Simulation Study" Japanese Journal of Applied Physics. 35. 2318-2325 (1996)
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[Publications] A. Stirling et al.: "T-Point Density Functional Calculations on the Adsorption of Rh and Pd Partides on MgO (001) Surface and Their Activity" The Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions. (印刷中).
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[Publications] E. Broclawik et al.: "Eletronic Structure and Adsorption Propercies of Precious Metals and their oxides : Dencity Functional Calculations" Jourral of Molecular Cotalysis. (印刷中).
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[Publications] M. Kubo et al.: "Molecular Dynamics Simulation for Ultrafine Gold Particles Deposited on Metal oxides" Catalysis Today. (印刷中).
