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2020 Fiscal Year Research-status Report

多価陽イオン伝導性一軸配向多結晶体の材料設計と開発

Research Project

Project/Area Number 19K22051
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

福田 功一郎  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90189944)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Keywordsイオン伝導体 / 結晶配向
Outline of Annual Research Achievements

令和2年度に実施した研究で、多価陽イオンが高速伝導する無機化合物群を1グループ発見した。そのイオン伝導度は過去に報告された同じ種類の多価陽イオンと比較して、約2倍であったことから、極めて有望な材料であると考える。イオン伝導度は周波数を4Hz~5MHzの範囲で、温度を400℃~650℃までの50℃刻みで、交流インピーダンス測定により決定した。測定データのナイキストプロットに対して等価回路を作成し、各温度におけるバルク抵抗値Rb(Ω)を求めた。さらにこれらの値をもとに、各温度におけるバルクイオン伝導度σb(Scm-1)を求めた。また、イオン伝導種の特定と輸率の測定を行った結果、多価陽イオン伝導体としての特性を明確にすることができた。前者のイオン伝導種の特定は、当該焼結体を電気分解した後、電極と接していた試料表面に析出した物質を走査型電子顕微鏡とX線分光器を用いて同定することで特定した。今回発見した多価陽イオン伝導体は、令和元年度に発見した2種類の伝導体とともに、一次元イオン伝導経路を有する。そのため、ランダム配向多結晶体では高いイオン伝導度は期待できない。イオン伝導方向に沿った結晶配向多結晶体を作製する必要があるため、一次元イオン伝導体の代表的な化合物としてケイ酸ランタンアパタイトの配向多結晶体の作製実験を行い、結晶配向技術の獲得とイオン伝導度のさらなる向上を目指した。テンプレートとして板状結晶を用い、テンプレート粒成長法で当該一軸配向多結晶体の作製に成功し、イオン伝導度の向上を確認した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

従来報告されていた陽イオン伝導性の化合物とは全く異なる化学組成・結晶構造の新規化合物群を、1種類発見したこと。さらに、テンプレート粒成長法を用いてケイ酸ランタンアパタイトの配向多結晶体を作製して、イオン伝導度の向上を確認することができた。令和2年度の研究計画を十分に達成していることから、おおむね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

多価陽イオンが高速伝導する無機化合物群の発見を目的として材料探索を行う。さらに、発見した多価陽イオン伝導体のイオン伝導種の特定と輸率の測定を行い、イオン伝導体としての特性を解明する。多価陽イオン伝導体のテンプレート粒子を準備し、令和2年度に確立した手法(テンプレート粒成長法)を用いて配向多結晶体の作製を行い、結晶構造と化学組成、微細組織を最適化することで、イオン伝導度のさらなる向上を目指す。

Causes of Carryover

結晶配向を専門とする研究者との共同研究打ち合わせを令和3年2月に予定しており出張する計画であったが、新型コロナウイルス感染症の拡大が進む中で外出自粛要請があり、これに従ったことから当該出張を取りやめることにした。これが当該予算に対して次年度使用が生じた理由である。次年度中に外出自粛要請が解除され、かつ感染症の収束が見込まれる状況になった時点で、先述の共同研究打ち合わせを当該予算を用いて行う計画である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (9 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Templated Grain Growth of Textured Lanthanum Silicate Oxyapatite Ceramics2020

    • Author(s)
      K. Fukuda, F. Maekawa, T. Eguchi, Y. Tsunoda, D. Urushihara, T. Asaka, and H. Yoshida
    • Journal Title

      J. Ceram. Soc. Jpn

      Volume: 128 Pages: 954-961

    • DOI

      10.2109/jcersj2.20171

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Templated Grain Growth of Textured Lanthanum Silicate Oxyapatite Polycrystal and Its Oxide-Ion Conductivity2021

    • Author(s)
      山本 朱音、前川 史典、江口 拓也、角田 有希、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      第59回セラミックス基礎科学討論会
  • [Presentation] TGG法によるケイ酸ランタンオキシアパタイト配向多結晶体の作製と酸化物イオン伝導性の評価2021

    • Author(s)
      多湖 里紗、前川 史典、江口 拓也、角田 有希、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会2021年年会
  • [Presentation] Ca2SiO4固溶体におけるインコメンシュレート相の変調構造解析とEu2+賦活による発光特性2021

    • Author(s)
      原田 瞭、平松 裕哉、道上 勇一、舟橋 司朗、広崎 尚登、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会2021年年会
  • [Presentation] フラックス法で育成したケイ酸ランタンバリウムオキシアパタイト柱状結晶の化学組成と結晶構造2020

    • Author(s)
      前川 史典、江口 拓也、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
  • [Presentation] MPF法を用いたケイ酸ランタンオキシアパタイトの新規構造の解析2020

    • Author(s)
      鈴木 律、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
  • [Presentation] フラックス法を用いたケイ酸ランタンオキシアパタイト単結晶の育成と結晶構造解析2020

    • Author(s)
      平畑 豪規、前川 史典、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • [Presentation] KFフラックスを用いたケイ酸ランタンオキシアパタイト板状結晶の育成と結晶構造解析2020

    • Author(s)
      多湖 里紗、角田 有希、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • [Presentation] アルミノケイ酸ランタンオキシアパタイトにおける不規則構造解析と酸化物イオン伝導2020

    • Author(s)
      山本 朱音、内田 智裕、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • [Presentation] 最大エントロピー法を用いたケイ酸ランタンオキシアパタイトの3次元電子密度の可視化2020

    • Author(s)
      鈴木 律、漆原 大典、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • [Remarks]

    • URL

      http://crystals.web.nitech.ac.jp/index.html

URL: 

Published: 2021-12-27  

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