2014 Fiscal Year Annual Research Report
陽イオン伝導性結晶配向セラミックスの材料設計と開発
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24360273
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福田 功一郎 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90189944)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
浅香 透 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80525973)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | イオン伝導体 / 結晶配向 / 反応拡散 / イオン交換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成２５年度は、Ga2TiO5/NaGaO2/Ga2TiO5から成るサンドイッチ型の拡散対を所定温度で加熱する簡便な方法（反応拡散法）を用いて、Nax+3yTi1-xGa4+x-yO8固溶体から成る結晶配向セラミックスの作製に成功した。平成２６年度は、Ga2O3の代わりにAl2O3を用いて、新規配向手法をNa2O-TiO2-Al2O3系の一軸配向多結晶体の作製に適用した。
Na2CO3とTiO2、Al2O3試薬からAl2TiO5粉末試料とNaAlO2粉末試料を合成し、Al2TiO5/NaAlO2から成る拡散対を準備した。これを所定温度で長時間加熱することで、Na1-yTi2+yAl5-yO12固溶体から成る多結晶体を作製した。アニールした拡散対は拡散方向に垂直または平行にダイアモンドカッターで切り出した。試料表面を鏡面研磨して微細組織を走査型電子顕微鏡で観察し、さらにX線回折装置を用いて多結晶体の配向度を調べた。その結果、拡散方向に沿って針状結晶が生成しており、高い配向度の多結晶体が作製できたことを確認した。ロットゲーリングファクターの値は0.68であった。
配向多結晶体から単結晶を取り出し、単結晶X線回折法を用いて結晶構造を決定した。その結果、化学式はNa0.78Ti2.22Al4.78O12（y = 0.22）と求められた。比較的高いNa+イオン伝導性の発現は、Na席が一部欠損することから矛盾無く説明できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、「拡散対反応法を汎用化し、一次元配向セラミックスの作製方法を確立すること」である。先の【研究実績の概要】で述べた通り、当初の目標通りに研究が進行している。さらにNa2O-TiO2-Ga2O3系からNa2O-TiO2-Al2O3系へ反応系の拡張に成功しているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通りに本研究を推進する方針である。研究代表者は、これまでの研究過程でGa2TiO5/NaGaO2/Ga2TiO5から成るサンドイッチ型の拡散対、およびAl2TiO5/NaAlO2から成る拡散対を用いることで多結晶体を構成する結晶粒子の結晶軸が、一方向に高配向した結晶配向セラミックスの作製に成功した。その過程で反応拡散法が多結晶体の高配向化に極めて有効であり、汎用性に富む技術であることを認識するに至った。今後はこれらの拡散対だけでなく、多種多様な拡散対を用いることで、化学組成や結晶構造の異なる結晶配向セラミックスの作製に挑戦したい。さらに、拡散対をAl2TiO5/NaAlO2/Al2TiO5から成るサンドイッチ形状にすることで、より高品質な電解質が得られると考えられる。イオン交換法を併用することで、多様な陽イオンが一次元トンネル内を高速で伝導する一軸配向多結晶体の作製に発展させたい。
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