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2013 Fiscal Year Research-status Report

気相固相反応による一軸配向多結晶体の作製と配向機構の解明

Research Project

Project/Area Number 25630281
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Research InstitutionNagoya Institute of Technology

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)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Keywords結晶配向セラミックス / 酸化物イオン伝導 / 反応拡散 / 固体酸化物型燃料電池
Research Abstract

セラミックスは結晶粒子の高配向化によってその機能が著しく向上する場合がある。研究代表者は結晶粒子がランダム配向した板状の焼結体基板と反応性ガスを用いることで、アパタイト型ゲルマン酸ランタンのc軸が焼結体表面に対して垂直に高配向(ロットゲーリングファクターは0.81)した結晶配向セラミックスの作製に成功した。この結晶配向セラミックスの酸化物イオン伝導度を複素インピーダンス法で決定し、さらに単結晶X線回折法を用いて結晶構造を解明した。c軸配向方向の酸化物イオン伝導度を623 K から1073 Kの範囲で求めたところ、温度の上昇に伴い5.5×10-5 S/cm から2.4×10-2 S/cmへ増加した。アレニウスプロットから、イオン伝導に要する活性化エネルギーを求めたところ1.14 eVであった。当該アパタイト配向多結晶体は過剰な酸化物イオンを格子間に含んでいることを明らかにした。

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、反応性ガスと結晶粒子がランダム配向した焼結体基板を1450℃で反応させる簡便な方法で、アパタイト型ゲルマン酸ランタンのc軸が焼結体表面に対して垂直に高配向(ロットゲーリングファクターは0.81)した結晶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。さらに液相を介した反応拡散に関する新たな知見が得られているため、計画以上に進展していると判断した。

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反応性ガスと結晶粒子がランダム配向した板状焼結体との反応による結晶配向セラミックスの作製だけでなく、別種の反応性 ガスと結晶粒子がランダム配向した別種の板状焼結体などの多種多様な基板材料を用いて、多結晶体を構成する結晶粒子が一軸方向に高配向した多結晶体を作製する計画である。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、アパタイト型化合物以外の多結晶体にも応用可能な汎用性に富む技術であることを示したい。さらに、反応拡散法とイオン交換法を併用することで、Li+やNa+、Mg2+、Ca2+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と考えている。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

今年度の研究で新規化学組成の結晶配向化合物の着想を得るに至り、さらに効率的な研究費に鑑み、次年度の使用が最適であると判断したため、次年度使用額が生じることになった。
先の理由で記載したとおり、今年度の研究で新規化学組成の結晶配向化合物の着想を得るに至った。当該助成金は、この新規化学組成の結晶配向化合物の原料試薬の購入予算に充当する計画である。

  • Research Products

    (18 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (16 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Crystal Structure and Oxide-Ion Conductivity along c-Axis of Si-Deficient Apatite-Type Lanthanum Silicate2013

    • Author(s)
      K. Fukuda, T. Asaka, S. Hara, M. Oyabu, A. Berghout, E. Bechade, O. Masson, I. Julien, and P. Thomas
    • Journal Title

      Chem. Mater.

      Volume: 25 Pages: 2154-2162

    • DOI

      10.1021/cm400892p

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Preparation of Highly c-Axis-Oriented Apatite-Type Lanthanum Silicate Polycrystals by Combined Use of Reactive Diffusion and Tape Casting2014

    • Author(s)
      S. Hara, T. Asaka, K. Fukuda, A. Pons, P.-M. Geffroy, E. Bechade, O. Masson, J. Jouin, M. Colas, P. Thomas
    • Organizer
      3rd International Symposium on Ceramics Nanotune Technology
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20140302-20140304
  • [Presentation] Crystal Chemistry of Complex Materials: Apatite-Type Lanthanum Silicates for SOFC Applications and Tellurium Oxide Based Glasses for Non-linear Optics2014

    • Author(s)
      P. Thomas, O. Masson, E. Bechade A. Berghout, M. Colas, J. R. Duclere, I. Julien, J. Jouin, D. Hamani, G. Delaizir, A. Gulenko, A. Bertrand, A. Pons, J. Carreaud, O. Nouguera, P.-M. Geffroy, K. Fukuda, T. Asaka, T. Hhayakawa, M. Nogami
    • Organizer
      3rd International Symposium on Ceramics Nanotune Technology
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20140302-20140304
  • [Presentation] Crystal Structure and Oxide-Ion Conductivity along c-Axis of Oxygen Hyperstoichiometric Lanthanum Silicate Apatite2014

    • Author(s)
      原 晋次、大藪 雅之、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      第52回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20140109-20140110
  • [Presentation] 化学組成と結晶構造の異なるアパタイト型ケイ酸ランタンからなるc軸配向多結晶体の作り分け2014

    • Author(s)
      大藪 雅之、原 晋次、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      第52回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20140109-20140110
  • [Presentation] アパタイト型ケイ酸ランタン多結晶体のc軸配向化とGeドーピングによる酸化物イオン伝導度の向上2013

    • Author(s)
      蓑 弘樹,浅香 透,石澤 伸夫,福田 功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • Place of Presentation
      名古屋
    • Year and Date
      20131207-20131207
  • [Presentation] Synthesis, structure and ionic conduction mechanisms of apatite-type lanthanum silicate materials for SOFC applications2013

    • Author(s)
      O. Masson, A. Berghout P.Thomas, G. Leveque, I. Julien, R. Mayet, J.Jouin, E.Bechade, K. Fukuda, T. Asaka, R. Hamaguchi
    • Organizer
      2nd International Symposium on Inorganic and Environmental Materials
    • Place of Presentation
      Renne(France)
    • Year and Date
      20131027-20131030
  • [Presentation] Si欠損型ケイ酸ランタンアパタイトの結晶構造解析と酸化物イオン伝導2013

    • Author(s)
      福田 功一郎、原 晋次、大藪 雅之、浅香 透
    • Organizer
      日本セラミックス協会2013年秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      長野
    • Year and Date
      20130904-20130906
  • [Presentation] Characterization of highly c-axis-oriented apatite-type lanthanum silicate polycrystals formed by reactive diffusion between L2013

    • Author(s)
      M. Okabe, T. Asaka, K. Fukuda, A. Berghout, E. Bechade, O. Masson, I. Julien and P. Thomas
    • Organizer
      13th International Conference of the European Ceramic Society
    • Place of Presentation
      Limoges(France)
    • Year and Date
      20130623-20130627
  • [Presentation] Crystal structure and oxide-ion conductivity of apatite-type lanthanum silicate with excess oxide ions2013

    • Author(s)
      S. Hara, K. Fukuda, T. Asaka, A. Berghout, E. Bechade, O. Masson, I. Julien and P. Thomas
    • Organizer
      13th International Conference of the European Ceramic Society
    • Place of Presentation
      Limoges(France)
    • Year and Date
      20130623-20130627
  • [Presentation] Crystal structures and oxide-ion conductivity along c-axis of apatite-type lanthanum silicates2013

    • Author(s)
      K. Fukuda
    • Organizer
      13th International Conference of the European Ceramic Society
    • Place of Presentation
      Limoges(France)
    • Year and Date
      20130623-20130627
    • Invited
  • [Presentation] New synthesis method and oxide ion conductivity of pure apatite-type La9.33+x(SiO4)6 O2+3x/2 phases2013

    • Author(s)
      G. Leveque, E. Bechade, I. Julien, J. Jouin, O. Masson, P. Thomas, T. Asaka, and K. Fukuda
    • Organizer
      13th International Conference of the European Ceramic Society
    • Place of Presentation
      Limoges(France)
    • Year and Date
      20130623-20130627
  • [Presentation] Local structure in La9.33+x(SiO4)6O2+y studied by X-ray PDF analysis and DFT calculations2013

    • Author(s)
      O. Masson, J. Jouin, A. Berghout, P. Thomas, G. Leveque, I. Julien, R. Mayet, E. Bechade, K. Fukuda, T. Asaka, R. Hamaguchi
    • Organizer
      13th International Conference of the European Ceramic Society
    • Place of Presentation
      Limoges(France)
    • Year and Date
      20130623-20130627
  • [Presentation] Oxide-ion conductivity of highly c-axis-oriented apatite-type lanthanum silicate polycrystals2013

    • Author(s)
      K. Fukuda, T. Asaka, A. Berghout, E. Behade, O. Masson, I. Julien and P. Thomas
    • Organizer
      The 19th International Conference on Solid State Ionics
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130602-20130607
  • [Presentation] Syntheses and characterization of highly c-axis-oriented apatite-type lanthanum silicate polycrystals2013

    • Author(s)
      M. Oyabu, K. Fukuda, T. Asaka, A. Berghout, E. Bechade, O. Masson, I. Julien and P. Thomas
    • Organizer
      The 19th International Conference on Solid State Ionics
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130602-20130607
  • [Presentation] Local structure in La9.33+x(SiO4)6O2+y studied by X-ray PDF analysis and DFT calculations2013

    • Author(s)
      A. Berghout, O. Masson, P. Thomas, J. Jouin, E. Bechade, G. Leveque, I. Julien, R. Mayet, R. Hamaguchi, T. Asaka and K. Fukuda
    • Organizer
      The 19th International Conference on Solid State Ionics
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      20130602-20130607
  • [Presentation] 反応拡散法を用いて作製したc軸配向酸化物イオン伝導体の組織構造2013

    • Author(s)
      岡部 桃子、浅香 透、福田 功一郎
    • Organizer
      日本顕微鏡学会学術講演会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      20130520-20130522
  • [Remarks] 名古屋工業大学 結晶性萌芽材料研究室(福田功一郎・浅香透研究室)

    • URL

      http://crystals.web.nitech.ac.jp

URL: 

Published: 2015-05-28  

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