2021 Fiscal Year Annual Research Report
相互作用の時間ゆらぎに基づいたイオン伝導機構の深化
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21H02038
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
大窪 貴洋 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (50534541)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 核双極子相互作用 / 固体NMR / 時間ゆらぎ / 固体電解質 / 分子動力学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高いイオン伝導度を示す無機固体電解質の開発が活発に行われ，結晶構造に基づく静電的相互作用や空隙サイズのような静的な原子配列に基づいたイオン伝導機構が論じられている。静的な構造に加えて時間的に変化する相互作用（時間ゆらぎ）が伝導特性と関係すると考え、イオン伝導パスとイオンの運動性を直接反映する磁気双極子相互作用に着目し，NMR実験による直接観測と分子シミュレーションの融合によりピコ秒からマイクロ秒オーダーで起こる時間ゆらぎの解明を目的に研究を行った。現在、固体電解質の分子シミュレーションを古典分子動力学計算の範疇で精度良くシミュレーションすることができないことから、第一原理計算レベルの精度を確保できる古典分子動力学計算用の力場開発を行った。これを実施するため、第一原理分子動力学計算で得られたデータを教師データとして、力場を最適化するコードを開発した。NMR実験のために、Li2SおよびP2S5を原料とし、所定の比になるようにAr雰囲気のグローブボックス内で秤量、混合を行った。混合した試料は、ジルコニア製ポットに直径5 mmのジルコニア製ボールとともに入れ、ボールミルにより 500 rpmで20 hのメカニカルミリングを行い70Li2S-30P2S5ガラス試料を得た。さらに、このガラスを熱処理し、Li7P3S11ガラスセラミックスを得た。二重共鳴NMR実験は、31Pを観測核とし、MASの回転に同期したπパルスを6Liスピンに照射することで、31Pと6Liスピンの間に働く核双極子-双極子相互作用を評価するREDOR法のパルスシーケンスを作成した。これらNMR実験と試料を用いて、回転に同期したπパルスを照射しないunREDORスペクトルと照射するREDORスペクトルの強度比を比較することで核双極子-双極子相互作用の大きさを見積もった。
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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
分子シミュレーションついては、力場開発コードの整備と試計算により、研究対象物質の分子動力学計算を実行できることを確認した。また、開発した力場を使って分子動力学計算を行い、実験データとの整合性を確認したところ十分な精度でシミュレーションできることを確認した。固体NMR実験では、パルスシーケンスを作成して代表的な固体電解しうの測定を行った。これにより、運動性に対応した核双極子相互作用の現象を観測できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した力場をより多様な結晶構造とガラスに拡張して分子動力学計算を行う。分子動力学計算から得られたイオンの軌跡に基づいて、相互作用の時間ゆらぎを評価し、実験データと比較する。固体NMR実験では、目的とする核双極子-双極子相互作用を観測しやすい試料の検討を行いモデル材料の合成と測定を行う。
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