2023 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of superionic conduction mechanism and the establishment of its theoretical basis in terms of the formation of short- and medium-range structures
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21K04660
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
池田 昌弘 大分工業高等専門学校, 一般科理系, 准教授 (80597667)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 超イオン導電体 / 短距離構造 / 中距離構造 / 空孔形成 / 非アレニウス型イオン伝導 / 結合強度・配位数揺らぎモデル / ファラデー転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超イオン導電ガラスに見られるような構造不規則系では、中距離構造がイオン輸送現象に重要な役割を果たしている。本研究では、中距離構造の形成過程をモデル化し、固体中のイオン導電機構の本質を理解することにある。本年度の研究では、以下の成果が得られた。
1) デカップリングは電気伝導緩和と構造緩和のモード間が結合しない現象であり、固体電解質における物質探索の際の指針になる。以前行った研究では、ガラス形成能と高温域における原子の離散集合の関係性を検討した。その際に得られた知見によると、多くのフラジャイル系ガラスでは、特性温度比TA/Tgが1.3-1.5 < TA/Tg < 2.1 の範囲に入る。ここで、TAはアレニウスクロスオーバー温度であり、通常、融点以上になる。今回、アモルファスイオン導電体を調べた結果、同物質系も上の予測範囲にあることが明らかとなり、ガラス形成能は高いことが示唆された。
2) 超イオン導電体の相転移にはイオン伝導度が連続的に変化するファラデー転移を示す物質がある。報告されている固溶体PbF2-SnF2系のイオン伝導度はファラデー転移を示し、転移点を境にして変化する傾きの比が、組成に依存して1より大きく、または、小さくなる挙動を示す。この振舞いについて、我々が提案しているイオン伝導度に対するモデルを用いて調べた。その結果、当該モデルは、この両挙動を定性的に再現することが分かった。
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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
昨年度の報告に示した今後の研究推進方策の内容の研究に着手できたため。フッ化物系におけるイオン伝導度の特異な挙動については、ファラデー転移を示す場合においても、提案されたモデルは適用可能であることが確認できた。また、アモルファスイオン導電体における緩和のデカップリングについては、ガラス形成能の観点から議論した当該内容は、以前の我々の研究で検討された手法を応用することで、アモルファスイオン導電体も理論的に予測された特性温度の範囲に入ることが示された。そのため、研究の進捗状況としては、おおむね順調であると云える。
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| Strategy for Future Research Activity |
1)に関しては、 アレニウスクロスオーバー と非Stokes-Einstein則の関係を調べ、デカップル指数との関連性を検討する。2)に関しては、ファラデー転移を境にして変わるイオン伝導度の活性化エネルギーの比との関連性を調べる。ファラデー転移点の微視的起源を明らかにするために、他の物質で同転移を示すデータを収集して、熱的性質の観点から検討する。
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| Causes of Carryover |
初年度から続いた新型コロナの影響により、当初計画していた国際会議の参加をいくつか取り止めたため、旅費の分の予算が残った。期間を延長し、主に出張と研究成果発表用の費用として使用する。
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