2022 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 – 2024-03-31
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| Keywords | 超イオン導電体 / イオン導電性ガラス / ガラス / イオン導電性ポリマー / 金属ガラス / イオン伝導 / 中距離構造 / 結合強度・配位数揺らぎモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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）イオン結晶におけるイオン伝導度の温度依存性では、不純物濃度や熱履歴に依存する低温側での外因性伝導領域と不純物等には依存しない高温側での内因性伝導領域が観測される。また、それらの領域間で伝導度は連続的に移り変わるが、理論的取り扱いは不明であった。イオン結晶における欠陥濃度とイオンの移動度が非線形にカップルするという観点から、イオン伝導度が内因性・外因性領域間で連続的に変わることを説明する解析的な理論的モデルを構築した。
２）イオン導電性ガラス形成物質において、イオン伝導度の振る舞いはガラス転移温度を境に、低温側でのアレニウス型から高温側でのVFT型へと大きく変わる。１）と関連付けて、この現象を説明するモデルの大枠を構築した。詳細については引き続き検討中である。
３）以前の研究において、酸化物ガラスにおける中距離構造とイオン伝導度は密接に関係することを見出していた。同様の関係は金属ガラスにおける構造不均一性と拡散係数との間にもあることを見出した。
４）以前に提案した融体に対する結合力・配位数ゆらぎモデルを使って、Liイオン導電性ポリマーにおけるフラジリティの組成依存性のモデルを構築し、原因不明とされていた現象に対し説明を与えた。
５）その他として、イオン導電体における力学物性、イオン導電体における熱電現象、アモルファス物質における構造緩和、光学誘電率と電気陰性度の関係等の研究を行った。
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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次のとおりである。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。
これらの目的のうち、①および④との関連で興味深い進展があった。具体的には、金属ガラスにおける構造不均一性と原子拡散の間には、イオン導電性ガラスで得られていた中距離構造とイオン伝導の関係と類似性があることを見出した。②に関しては、緩和現象の研究を通して間接的な結果を得つつある。昨年度から引き続き行っている力学物性の研究は③に繋がる。なお、緩和現象に関する結果は②のみでなく④とも関係するが、そこで得られた概念を用いて、イオン結晶における外因性および内因性伝導領域でのイオン伝導機構、ポリマー電解質におけるフラジリティの組成依存性など、研究の展開が行われた。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 |
当初の研究期間は３年を予定していたが、期間を延長して研究を進める。今年度の主な目標は次のとおりである。
１）本研究課題との関連で、イオン液体も扱えそうだということが分かってきた。この点を明らかにする。また、イオン導電性ガラスの中距離構造とイオン伝導に関する研究の総括を行う。
２）前年度に引き続き、本研究で得られた知見を活かして研究の展開を行う。直近の課題としては、金属ガラスにおける原子拡散のテーマがある。
３）前年度に引き続き、また上の１）とも関係付けながら、イオン導電性高分子などにおける原子輸送と構造緩和の関係を明らかにする研究を行う。
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| Causes of Carryover |
本研究課題の当初の研究期間中にコロナ禍が起きたことにより、研究費使用では大きな変更が生じた。特に、国内や国際学会での成果発表で使う予定であった旅費が残った。研究期間を延長し、残額は2023年開催の国際学会に参加するための旅費や研究成果発表費として使用する。
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[Journal Article] Unexpected Role of Metal Halides in a Chalcogenide Glass Network2022
Author(s)
Zaiter Rayan, Kassem Mohammad, Fontanari Daniele, Sokolov Anton, Usuki Takeshi, Bokova Maria, Hannon Alex C., Benmore Chris J., Cousin Fabrice, Ozheredov Ilya, Bychkov Eugene
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Journal Title
Materials and Design
Volume: 216
Pages: 110547 (13 pp.)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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