Creation of Metal Nanostructure Hybrid Ion Conducting Materials for the Control of Ionic Conductivity
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
20H05281
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
福島 知宏 北海道大学, 理学研究院, 助教 (50801560)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 局在表面プラズモン共鳴 / プロトン伝導 / 振動強結合 / 薄膜物性 / 光イオン伝導 / プラズモン / 金属ナノ構造 / 共振器 / プラズモン共鳴 / ナノ構造 / イオン伝導 / 複合体 |
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| Outline of Research at the Start |
電極ー電解質界面でのイオンの挙動の理解は蓄電固体材料の機能開発において重要である。特に固体電解質に代表されるイオン伝導性固体は多くの研究がなされてきたが、イオンの有する自由度(活量、拡散係数、活性化機構など)の精密な制御は非常に難しい。本研究課題では、プラズモン活性な金属ナノ構造界面での電子の電気化学ポテンシャルとイオンの電気化学ポテンシャルの制御に基づき、イオンの自由度の制御を達成する。イオンの電気化学ポテンシャルとプラズモン場の効果(熱効果、光電場強度、光学変調)、さらに吸着分子の効果を系統的に整理することで、基礎原理を実験的に体系化する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
蓄電固体界面デバイスの発展に向けて、光の有する自由度を導入し、界面イオニクスの自由度の制御を目的として研究を行っている。特に局在表面プラズモン共鳴を利用した金属ナノ構造ー電解質界面におけるイオン伝導度の光制御および共振場におけるプロトン伝導の精密制御を行った。
従来の光照射におけるイオン伝導制御においては高エネルギー高強度の光照射が必要不可欠であった。局在表面プラズモン共鳴においては、光に対する高応答性が利用可能であり、光照射に伴い、局在光の電場形成に伴った、反応電子および正孔の生成と熱緩和過程が知られている。金属ナノ構造を配列させた構造上にNafion薄膜を作成した際には薄膜条件が数十ナノメートルの領域において、光照射に応じたイオン伝導度の低下が観測された。波長依存性に関してはLED光源を利用して検討したところ、消光計測で確認されたプラズモン共鳴に従って、イオン伝導度の低下が観測された。このことはイオン伝導度とプラズモン共鳴の間に相関があることを示唆している。
さらには光照射を必要としない真空場との相互作用を利用したイオン伝導変調も行った。分子の振動エネルギーと真空場の光学モードが一致する際にはポラリトン状態と呼ばれる物質ー真空場の混成状態が生じ、物性革新が生じることが知られている。実際に振動エネルギーと結合可能な共振器を作成し、振動強結合状態としたところ、イオン伝導度が増大することが確認された。
上記にあるように場の光学モードとイオン伝導体を相互作用させることにより、イオニクス物性が制御可能となることが示された。本研究で得られた成果をもとに、蓄電固体界面でのイオニクス物性の革新を目指す。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(36 results)
