| Research Abstract |
本研究では,酸素透過性と熱安定性に優れたランタン,銅およびガリウムを添加したプラセオジム・ニッケル酸化物を試料に用い,高温中性子回折によりデータを収集し,構造解析を実施した。X線の代わりに中性子を用いることで,電子による擾乱を避けて,原子核の分布を捉えることに成功した。また,測定試料を高温に保持したままで測定できる高温加熱装置を利用し,もともと酸素イオン伝導度が高い材料を最高1016℃という高温で測定したので,常温ではわからないイオンの分布を鮮明に捉えることができた。
得られた高温中性子回折データをリートベルト法,情報理論に基づく最大エントロピー法,全パターンフィッティングを組み合わせたMPF法(MEM-based Pattern Fitting method)により解析し,結晶構造内の酸素イオンの複雑な三次元分布を導き出すとともに,酸素イオンの分布状態を可視化することに成功した。
その結果,酸素イオンは結晶構造内で,二次元の連続的に広い範囲に渡って分布していることが判明し,酸化物イオンの拡散経路を明らかにすることができた。可視化された酸素イオンO^<2->の拡散経路はO2-O3-O2のように曲がりくねってab面内を2次元的に移動することがわかった。O3酸素原子は過剰な酸素原子で(Pr_<0.9>La_<0.1>)_2(Ni_<0.74>Cu_<0.21>Ga_<0.05>)O_<4+δ>のδ=0.15に相当している。O2酸素原子は円盤状の大きな異方性を示す。円盤状のO2酸素原子と格子間のO3酸素原子が高い酸素透過性のポイントであることがわかった。
さらに,温度を変えた実験も行い,温度依存性のデータも収集。低い温度では局在していた酸化物イオンが温度の上昇とともに拡がって,O2-O3-O2のように連結して移動しやすくなることを突き止めた。これは酸素透過性が温度上昇とともに向上する原因になっている。
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