2021 Fiscal Year Research-status Report
中距離構造で制御する超イオン導電ガラスの機能性探査とその学理の解明
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20K05080
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
安仁屋 勝 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30221724)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
臼杵 毅 山形大学, 理学部, 教授 (70250909)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン伝導 / イオン伝導体 / 超イオン導電体 / イオン導電性ガラス / ガラス / アレニウス・クロスオーバ / 結合強度・配位数揺らぎモデル / 結合揺らぎモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高いイオン伝導度を示す超イオン導電ガラスが数多く合成され、電池等への応用を目指した研究が活発に行われている。しかし、これらのガラスの基礎物性が十分に理解されているとは言い難い。本研究の目的は、ガラスの中距離構造の観点から超イオン導電ガラスの基礎物性を主として理論的手法を用いて調べることでガラス物質の学理を深めるとともに、ガラスの新たな機能性を探ることにある。この目的に沿って、今年度は以下の成果を得た。
１）前年度に引き続き、高温過冷却液体の緩和現象と関係するアレニウス・クロスオーバ温度に関する研究を行った。分子性液体などのフラジャイルな系については、クロスオーバ温度はガラス転移温度の1.5倍から2.1倍程度の範囲に収まるが、酸化物系では必ずしもそうではないことを示した。この振る舞いの違いが、イオン導電性酸化物ガラスの形成にどのように影響するかは引き続き検討中である。
２）ガラス物質を含むイオン導電体の力学物性に関する研究を行い、イオン導電体のグリューナイゼン・パラメータが大きな温度依存性を示すことを明らかにした。加えて、イオン輸送における力学的異方性の重要性も指摘した。関連した研究として、グリューナイゼン・パラメータの次元性や粒子サイズ依存性、イオン伝導におけるサイズ効果に関する研究も行った。
３）カルコゲナイドガラスにおけるイオン伝導の総括を行った。その中で、ガラスの中距離構造がイオン輸送現象で果たしている役割、ミリング処理した超イオン導電ガラスの異常なイオン伝導の振る舞い等をイオン伝導機構と関連付けながら議論した。また、イオン伝導の組成依存性等、まだ十分に理解されていない振る舞いについても言及した。
４）その他、イオン導電性ポリマーに関する研究、金属ガラスとイオン導電性ガラスにおける原子拡散の類似性に関する研究、リラクサー型強誘電体の緩和現象に関する研究を行った。
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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
本研究の主な目的は、①ガラスの中距離構造がイオン輸送現象で果たしている役割の解明、②イオン輸送現象のエントロピー・スケーリング則と中距離構造の関係の解明、③ミリング処理した超イオン導電ガラスの異常なイオン伝導に対するモデルの構築、④ガラスの中距離構造の形成メカニズムとそれに基づいた新機能性の探査、である。
これらの目的のうち、④との関連で、アレニウス・クロスオーバ現象が当初想定していた以上に豊富な物理的内容を含むことを見い出した。①に関しては総括を行い、力学物性と絡めながら③についても議論した。これらの研究を通して、イオン伝導における力学異方性の重要性に関する新たな知見を得た。イオン導電性カルコゲナイドガラスに関しては、当初の計画では想定していなかった研究の展開も見えてきた。以上のことより、研究はおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
若干の順番の入れ替えはあるものの、国内外で行われている他の研究の動向も見据えながら、半年毎の短期目標を立てて研究を行う。当面の目標は次のとおりである。
１）Ag イオン、Cuイオン、Liイオン、プロトン伝導性ガラスの構造とイオン伝導性や他との物性との相関に関する研究を行う。
２）昨年度に引き続き、イオン導電性カルコゲナイドガラスのせん断弾性定数の温度依存性に対するモデルを構築する。
３）エントロピー・スケーリング則に関しては、海外で研究が活性化している。早い時点で研究成果をまとめることを目指す。
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| Causes of Carryover |
研究計画書作成時には想定していなかったコロナ禍が続いていることにより、研究費使用では大きな変更が生じた。国内や国際学会への参加や研究打ち合わせが全て遠隔形式で行われたため旅費の支出がなくなった。旅費として組んでいた予算の一部は共同研究者が行う実験の物品や消耗品の購入として使用する。
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[Journal Article] Structural analyses of Gd3(Al,Ga)5O12 garnet solid solutions via X-ray and UV absorption spectroscopy experiments for Gd atoms2021
Author(s)
Kitaura Mamoru, Kamada Kei, Ina Toshiaki, Yamane Hisanori, Ishizaki Manabu, Watanabe Shinta, Azuma Junpei, Yamamoto Isamu, Ohnishi Akimasa, Usuki Takeshi
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Journal Title
Journal of Alloys and Compounds
Volume: 867
Pages: 159055 (7 pp.)
DOI
Peer Reviewed
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