2016 Fiscal Year Research-status Report
共有結合性半導体骨格を利用した新規金属化合物の合成と機能性材料への応用
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16K05724
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
福岡 宏 広島大学, 工学研究院, 助教 (00284175)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | Zintl相 / 共有結合性金属間化合物 / 超伝導 / イオン伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、共有結合性骨格を有する金属化合物（共有結合性金属間化合物と呼ぶ）を研究対象とし、新化合物の合成と結晶構造・電子構造の解明、機能性材料への応用を目的としている。今年度行った研究のうち、まとまった結果が得られたものを以下に記す。
１．先に合成に成功していた複合アニオン化合物 LnxCo4Sb12-yGey, Ln:ランタノイド元素 について、化学分析による組成の決定と、Rietveld法による構造解析を行ない、これらの化合物がランタノイド元素をゲストイオンとして含んだ籠状化合物であること、その骨格にSbとGeがランダムに固溶していることを確認した。また磁化率の温度依存性の測定結果から、ゲストイオンの価数を決定した。更に、Geの固溶量を調節することでその電気的性質を調節できる可能性を見出した。本系は熱電変換材料として期待されている化合物と同形構造をとっており、今後その熱電変換能についても研究を進める予定である。
２．ゲストイオンとしてアニオン（ヨウ化物イオン）を含んだ三例目のスクッテルダイト型化合物 I0.9Ir4Sb12について、リートベルト法による構造解析を行うとともに、DFT計算によるバンド構造の解析を行った。その結果、本化合物は金属的なバンド構造を持ち、その伝導バンドにはゲストであるヨウ素の5p軌道の寄与が大きいことが分かった。本結果は、スクッテルダイト骨格がカチオンだけでなく、幅広いゲスト種を包含できることを示す重要な結果である。
３．29年度以降には、共有結合性金属間化合物の特異な骨格構造を利用したイオン伝導体の合成開発を予定しているが、今年度はそのイオン伝導度を測定するためのシステムの整備を行った。
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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
本研究では、共有結合性金属間化合物の特異な骨格を利用した機能性材料への応用もその目的としているが、今年度は、熱電材料として期待される化合物系において、骨格を修飾した化合物の結晶構造の解明、ならびに電子構造の解明を行うことができ、その点で進捗があった。これらの結果は、次年度以降の熱電変換材料の開発において、有効な指針になると思われる。また幅広い探索実験の結果、13族元素、16族元素を含む系において、新しい超伝導体ではないかと思われる化合物を発見し、現在その化合物のキャラクタリゼーションを進めている。まだ超伝導体としてはっきりとした化合物を得ることは出来ていないが、次年度以降につながる結果ではないかと期待している。更に次年度以降、共有結合性金属間化合物の堅牢な骨格を利用したイオン伝導体の開発を行う予定であるが、そこで使用するイオン伝導度測定のためのシステムの構築も行うことができた。以上により、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降、更に新物質探索（とりわけ新しい超伝導体の発見）に注力するとともに、ホールドープ型の超伝導体の合成を目指して、幅広く探索実験を進めていく予定である。特に今年度見出した新しい超伝導体ではないかと思われる化合物について、合成条件を最適化することで、単相合成や構造決定に繋がるような実験を行っていく予定である。
また、機能性材料への応用については、今年度得られた骨格修飾をした複合アニオン化合物の熱電変換能の測定を行うとともに、異なる価数のゲストイオンを導入したり、14族元素による骨格の修飾量を変化させるなどすることで、熱電変換能の最適化を試みる予定である。また、平成28年度に、前倒しでイオン伝導度測定のための装置の整備と測定技術の習得を行ったため、平成29年度から計画している共有結合性金属間化合物におけるイオン伝導体の探索実験については、スムーズに開始できると考えている。
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| Causes of Carryover |
本年度購入を予定していた、高圧合成用アンビルの購入を行わなかったため若干予算が余ったものである。高圧合成用アンビルは消耗品であり、使用回数が増えるにつれて破損の可能性が高まるが、今年度は幸いブローアウト等の大きな失敗が少なく、破損事故が少なかったため購入を見合わせた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は合成実験の回数を大きく増やすことが出来そうなため、繰り越した予算と次年度予算を合わせてアンビルを購入する予定である。
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