2021 Fiscal Year Annual Research Report
Processing for fabrication of multivalent cation conducting ceramics by external field
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19H02804
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
鈴木 達 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, グループリーダー (50267407)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 義和 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (40357281)
田村 真治 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (80379122)
小林 清 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 (90357020)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン伝導体 / 強磁場 / 結晶配向 / 焼結 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セラミックス材料においては、結晶構造に異方性を持ち、伝導性が結晶方向に依存する物質の場合には、結晶配向を制御していくことにより、その特性に飛躍的な改善が期待出来る。多価カチオンの固体イオニクス中における伝導においても、結晶配向がその導電性を向上させることが期待される。本年度においては、β硫酸鉄型結晶構造となるMgイオン伝導体であるMgZr4(PO4)6に着目し、その配向制御を試みた。粒子合成に関しては分担研究者の筑波大にて行った。ゾルゲル法により前駆体を合成し、熱処理条件を変化させることで単相を得る条件を探索した。熱処理温度が700℃以下ではピークが見られずにアモルファス状態となっており、800℃でMgZr4(PO4)6の生成が確認された。前駆体合成時におけるpHが焼結後の反応相に大きく影響することを見出し、pH～1.1では1000℃で不純物相のZrP2O7の生成が確認されたが、pH～10.1では不純物相の生成が確認されなかったことから、 pH条件の変更によって副相の生成を抑制できることを明らかにした。最終的には、粒子合成条件を900℃×3h熱処理とすることで単相粒子を作製した。しかしながら、この段階では合成粒子同士がネックを形成し磁場による粒子の回転を妨げる要因となっていた。そこで、ボールミルの条件を検討することで、ネックを解砕した粒子でのスラリーの作製を行い、磁場配向に成功した。このとき、回転磁場と静磁場を用いることでc軸が磁化容易軸、b軸が磁化難易軸であることを見出した。この物質の緻密化に関しては、通常の常圧電気炉焼結では難しいことが分かったために、放電プラズマ焼結を用いて、焼結温度を分解および不純物生成温度以下の1150℃とし、圧力を100MPaとすることで緻密化を試みた。この焼結体において、b軸でのMgイオン伝導が一番高いことも確認した。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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