2018 Fiscal Year Research-status Report
ヒドリド伝導水素化物の高温高圧合成による新規超イオン伝導体の創成
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18K05284
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
中野 智志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (50343869)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤久 裕司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (90357913)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 高温高圧 / 水素化 / 相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、BaH2の各相の安定条件を明らかにするため、10GPa, 600℃までの高温高圧相図を調べた。高圧相への圧力誘起相転移を起こす圧力条件は、300℃までは温度上昇とともに低圧側に下がる傾向を見せたが、400-500℃ではそれとは異なる傾向が見られた。また、その相転移はsluggishで、圧力が上昇しても二相共存状態が続いた。相境界はまだ誤差が大きく、より詳細な検討が必要である。一方、常圧相から高温相の相転移は、3GPaまでの範囲では約550℃で起こることが分かった。常圧相／高圧相相境界と常圧相／高温相相境界は連続的には見えず、高圧相と高温相との関係は、今後明らかにする必要がある。
また、水素位置まで含めた各相の構造を明らかにするには、重水素化試料を用いて中性子回折測定を行うことが有効である。重水素化BaD2を合成して中性子回折実験を行うことを目的に、高圧水素による金属Baの室温水素化条件を調べた。その結果、わずか2MPaの高圧水素でもBaの水素化は進行し、水素圧を7.5MPaに高めると未反応の金属Baはごくわずかとなった。これにより、10MPa程度の高圧水素を用いれば容易に金属BaからBaH2を合成できることが明らかとなった。重水素でもほぼ同様の圧力で重水素化物を得られると考えられる。
BaH2は室温約60GPaでsimple hexagonal 構造を持つ第２高圧相に相転移すると報告されており、それを確認した。さらに水素過剰な高圧下でBaH2を超える水素量を持つ化合物の生成も期待されているが、現在のところBaH2以外の物質は得られていない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
得られたBaH2の高温高圧相図では、常圧相から高圧相、常圧相から高温相への大まかな相境界は示せたが、誤差が大きく、いまだ各相の安定条件を正確に決められていない。そのため、高圧相と高温相の関係も未解明である。
誤差が大きい主な理由は、試料室内の圧力分布があることや、通常圧力マーカーとして用いているルビーの蛍光が高温でブロード化して圧力測定の精度が出ないこと、高圧相転移がsluggishである上に相転移圧は静水圧性の影響を受けやすい、といった問題による。これらについては、ガス圧力媒体の利用による静水圧性の向上や、圧力マーカーをSrB4O7:Sm2+に変更することにより、高圧条件の精度向上に良好な結果が得られつつある。また、高温での温度安定性や圧力制御にも問題があり、必要な条件で的確に測定ができていない。これらの技術的改良を、放射光X線のビームタイム時間内で試料を測定しながら行っているため、進捗に時間がかかっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
BaH2の高温高圧相図作成において、圧力条件の精度向上には、ガス圧力媒体の利用による静水圧性の向上や、圧力マーカーをSrB4O7:Sm2+に変更を行って良好な結果を得ている。さらに、より精密な圧力コントローラーを導入したため、制御性の向上も実現できる目途が立っている。温度条件の安定性には、ヒーター材を含めた加熱機構の改良が必要であり、次年度前半にはそれを進める。放射光X線のビームタイム期間中だけでこの改良を行うことは時間的に充分ではないので、所属機関に既設のRaman分光装置で高温高圧in-situ測定を行ってBaH2の相転移を観測しつつ、技術的改良を進める。これらの技術的改良により、より精度の高いBaH2の高温高圧相図の作成を進める。
また今年度は、BaH2の高圧下イオン導電率測定を行い、BaH2高圧相の物性を明らかにする。さらに、金属Baと高圧重水素との反応により、中性子回折実験試料となるBaD2の大量合成を進める。
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| Causes of Carryover |
計算機部品代として見積もっていた物品費が、当初予定より節約できたために次年度に繰り越した。また、イオン導電率測定に関わる消耗品は次年度購入することとした。
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