2010 Fiscal Year Annual Research Report
イオン導電体の拡散過程におけるエネルギー障壁の解析
Project/Area Number |
20560634
|
Research Institution | National Institute for Materials Science |
Principal Investigator |
道上 勇一 独立行政法人物質・材料研究機構, 量子ビームセンター, 主幹研究員 (50354402)
|
Keywords | イオン導電体 / 単結晶X線回折 / イオン拡散 |
Research Abstract |
イオン導電体の原子レベルにおける構造データとマクロな性質としてのイオン伝導度との間の関係を明らかにすることを目的とし、X線回折実験より得られる可動イオンの確率密度関数(Probability Density Function : PDF)からイオン拡散過程におけるエネルギー障壁を見積もり、電導度測定から報告されている活性化エネルギーと比較した。 (1)Rbを可動イオンとするホーランダイト型化合物(Rb_xMg_<x/2>Ti_<8-2/x>O_<16>)を対象とし、室温より高い温度領域において単結晶X線回折強度データの測定を行い構造パラメータの解析を行った。PDFの非調和性を考慮するためRbイオンの原子変位パラメータ(Atomic Displacement Parameter : ADP)に3次の項まで導入した。さらに、PDFを一粒子ポテンシャル(One-particle Potential : OPP)に変換し、得られたOPP曲線から可動イオンのホッピング過程のエネルギー障壁値を見積もったところ、350Kでは約280meV,400Kでは約270meVという値が得られた。なお、既に行っている室温での測定データからはADPに4次の項まで導入したOPP曲線から140meVという値が得られている。また、電導度測定からは約170meVの活性化エネルギーの値が報告されている。今回の測定データではADPに4次の項を導入するといずれもパラメータが不安定となるため、これらのデータとの直接的な比較は困難であった。室温以外の測定の場合には温度制御のための器具を装着するために測定できる回折角が制限され、高角領域でのデータを得ることができなかったことがADPパラメータの不安定化の原因であると考えられる。従って、エネルギー障壁の温度依存性を定量的に議論するうえではより高角度領域までの測定が重要であることが示唆された。 (2)伝導経路の方向に3倍の超周期をもつホーランダイト型化合物K_xMg_<(8+x)/3>Sb_<(16-x)/3>O_<16>に対して室温における回折データを用いて同様な解析を試みた。この場合は結晶学的に等価でない2種類の空隙が生じるため3種類の拡散過程が存在し、各々のエネルギー障壁は約45,80,100meVであった。これらの値は既知のK-ホーランダイトで報告されている値(30~80meV)に概ね近く、合理的な値が得られたといえる。すなわち、超格子をもつような複雑な構造に対しても本解析方法が適用可能であることが示された。
|
Research Products
(1 results)