超イオン導電ガラス中のイオン輸送-中距離構造が果たしている役割の解明-

• 研究課題/領域番号: 15560586
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 安仁屋 勝 熊本大学, 理学部, 教授 (30221724)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 2004年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2003年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: 超イオン導電ガラス / 酸化物ガラス / カルコゲナイドガラス / 固体イオニクス / 超イオン導電体 / アモルファス / イオン伝導 / 中距離構造 / 銀カルコゲナイド / 銅ハライド / フラジリティー / 第一原理分子動力学法

研究概要

超イオン導電ガラスにおいて、中距離構造はイオン輸送現象でどのような役割を果たしているのか。この疑問を解明することが本研究の目的である。本研究ではガラス、中距離構造、イオン伝導、イオン伝導機構、化学結合、平均的電気陰性度、過冷却液体の緩和現象、フラジリティー、といった用語や概念をキーワードとして、幅広い観点からこの疑問の解明に取り組んだ。得られた研究成果は論文として公表すると共に、日本物理学会、固体イオニクス討論会、超イオン導電体物性研究会、国際超イオン導電体物性討論会、固体イオニクス・アジア会議、環太平洋セラミックス学協会国際会議、アモルファスおよび微結晶半導体国際会議、液体およびアモルファス金属国際会議、材料熱物性研究のニューフロンティア国際シンポジウム等においても発表された。ここ2年程の間に行った研究の簡単な概要を以下に記す。
●ガラス中における酸化物網目の中距離構造の相関距離が長くなるに伴い、イオン伝導度は大きくなり、その活性化エネルギーは小さくなる。この振舞いを説明するモデルを提案した。モデルによると、ガラス中のイオン輸送に最適な中距離構造の相関距離が存在する。この予想の実験的検証が待ち望まれる。
●酸化物ガラスとカルコゲナイドガラスのネットワーク構造を比べたとき、可動イオンの添加に対する振舞いが質的に異なることを見出した。例えば、AgI-Ag_2O-B_2O_3系のような酸化物ガラスにおいては、中距離構造を反映するFSDPの波数の値はAgIの増加と共に減少するが、Ag_2S-GeS_2のようなカルコゲナイドガラスにおいては、FSDPの波数の値はAg_2Sの増加と共に増える。
●LiI-Li_2O-B_2O_3のようなLiイオン導電性ガラスのFSDPの波数の値はLiIの添加量と共に増える。
●上で記した振舞いや塩のドーピングによる網目構造の膨張は、ガラスの平均的電気陰性度およびガラス形成能と密接に関係している。

研究成果

• [雑誌論文] Defect Interactions and the Superionic Transition Temperature : A Comparative Study (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, S.Ichihara
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 66・2-4 ページ: 288-291
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Diffusion Mechanism of Ag Ions in Superionic Conductor Ag_2Se from Ab Initio Molecular-Dynamics Simulations (2005)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 74・4 ページ: 1224-1230
  • NAID: 110001979516
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Bonding Trend in Zinc-Blende Structure Binary Compounds : A Clue to Understand Superionic Conductors (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya
  • 雑誌名: Materials Chemistry and Physics (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Defect Interactions and the Superionic Transition Temperature : A Comparative Study (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, S.Ichihara
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids Vol.66,No.2-4 ページ: 288-291
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Diffusion Mechanism of Ag Ions in Superionic Conductor Ag_2Se from Ab Initio Molecular-Dynamics Simulations (2005)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.74,No.4 ページ: 1224-1230
  • NAID: 110001979516
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Bonding Trend in Zinc-Blende Structure Binary Compounds : A Clue to Understand Superionic Conductors (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya
  • 雑誌名: Materials Chemistry and Physics (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Diffusion Mechanism of Ag Ions in Superionic Conductor Ag_2Se from Ab Initio Molecular-Dynamics Simulations (2005)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 74・4(印刷中)
  • NAID: 110001979516
• [雑誌論文] Diffusion Mechanism of Cu Ions in Superionic Conductor CuI : Ab Initio Molecular-Dynamics Simulation (2004)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan, Supplement 112・5
  • NAID: 130004610291
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ion Dynamics in CuI : Testing the Bond Fluctuation Model by an Ab-Initio Molecular Dynamics (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, F.Shimoio
  • 雑誌名: Solid State Ionics : The Science and Technology of Ions in Motion (eds.B.V.R.Chowdari et al.) (World Scientific) ページ: 819-826
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Structure of Ag_2O-B_2O_3 Glasses by the Scale-Transformed Energy Space Sampling Monte Carlo Method (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Nakamura, M.Aniya
  • 雑誌名: Solid State Ionics : The Science and Technology of Ions in Motion (eds.B.V.R.Chowdari et al.) (World Scientific) ページ: 843-850
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Composition Dependence of Diffusion in Liquid Silver Chalcogenides (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, F.Shimojo, T.Iseki
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids 338-340 ページ: 579-581
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Anomalous Cation-Cation Interactions in Molten CuI : Ab-Initio Molecular-Dynamics Simulations (2004)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo.M.Aniya.K.Hoshino
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 73・8 ページ: 2148-2153
  • NAID: 110001954949
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Medium Range Order in Oxide and Chalcogenide Superionic Glasses : A Comparative Study by Using the Average Electronegativity (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids 341・1-3 ページ: 110-114
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Pseudopotential Study on Dielectric Theory of Electronegativity and Transverse Effective Charges in Zinc-Blende Structure Binary Compounds (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya
  • 雑誌名: Physics Reports of Kumamoto University 12・1 ページ: 101-108
  • NAID: 110004848153
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ab Initio Study on Structural and Electronic Properties of Nonsuperionic, Superionic and Molten Phases of Cuprous Iodide (2004)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya
  • 雑誌名: Physics Reports of Kumamoto University 12・1 ページ: 109-118
  • NAID: 110004848154
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Possible Relationship Between Ag Photodoping and Fragility in Amorphous Ge-S Systems (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Shinkawa, M.Aniya
  • 雑誌名: Physics Reports of Kumamoto University 12・1 ページ: 119-123
  • NAID: 110004848172
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Diffusion Mechanism of Cu Ions in Superionic Conductor CuI : Ab Initio Molecular-Dynamics Simulation (2004)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan Vol.112,No.5(Supplement)
  • NAID: 130004610291
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ion Dynamics in CuI : Testing the Bond Fluctuation Model by an Ab-Initio Molecular Dynamics (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Solid State Ionics : The Science and Technology of Ions in Motion(eds.B.V.R-Chowdari et al.)(World Scientific) ページ: 819-826
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structure of Ag_2O-B_2O_3 Glasses by the Scale-Transformed Energy Space Sampling Monte Carlo Method (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Nakamura, M.Aniya
  • 雑誌名: Solid State Ionics : The Science and Technology of Ions in Motion(eds.B.V.R-Chowdari et al.)(World Scientific) ページ: 843-850
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Composition Dependence of Diffusion in Liquid Silver Chalcogenides (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, F.Shimojo, T.Iseki
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids Vol.338-340 ページ: 579-581
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Anomalous Cation-Cation Interactions in Molten CuI : Ab-Initio Molecular-Dynamics Simulations (2004)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya, K.Hoshino
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.73,No.8 ページ: 2148-2153
  • NAID: 110001954949
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Medium Range Order in Oxide and Chalcogenide Superionic Glasses : A Comparative Study by Using the Average Electronegativity (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids Vol.341,No.1-3 ページ: 110-114
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Pseudopotential Study on Dielectric Theory of Electronegativiry and Transverse Effective Charges in Zinc-Blende Structure Binary Compounds (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya
  • 雑誌名: Physics Reports of Kumamoto University Vol.12,No.1 ページ: 101-108
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ab Initio Study on Structural and Electronic Properties of Nonsuperionic, Superionic and Molten Phases of Cuprous Iodide (2004)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya
  • 雑誌名: Physics Reports of Kumamoto University Vol.12,No.1 ページ: 109-118
  • NAID: 110004848154
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Possible Relationship Between Ag Photodoping and Fragility in Amorphous Ge-S Systems (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Shinkawa, M.Aniya
  • 雑誌名: Physics Reports of Kumamoto University Vol.12,No.1 ページ: 119-123
  • NAID: 110004848172
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ion Dynamics in CuI : Testing the Bond Fluctuation Model by an Ab-Initio Molecular Dynamics (2004)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Solid State Ionics : The Science and Technology of Ions in Motion (eds.B.V.R.Chowdari et al.) (World Scientific) ページ: 819-826
• [雑誌論文] Anomalous Cation-Cation Interactions in Molten CuI : Ab-Initio Molecular-Dynamics Simulations (2004)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya, K.Hoshino
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 73・8 ページ: 2148-2153
  • NAID: 110001954949
• [雑誌論文] A Three Phase Model for the Medium Range Structure and Ion Transport Properties in Superionic Glasses (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, J.Kawamura
  • 雑誌名: Mass and Charge Transport in Inorganic Materials II (eds.P.Vincenzini and V.Buscaglia) (Techna, Faenza) ページ: 191-198
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Diffusion of Mobile Ions and Bond Fluctuations in Superionic Conductor CuI from Ab Initio Molecular-Dynamics Simulations (2003)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 72・11 ページ: 2702-2705
  • NAID: 110001954290
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A Three Phase Model for the Medium Range Structure and Ion Transport Properties in Superionic Glasses (2003)
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, J.Kawamura
  • 雑誌名: Mass and Charge Transport in Inorganic Materials II(eds.P.Vincenzini, V.Buscaglia)(Techna, Faenza) ページ: 191-198
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Diffusion of Mobile Ions and Bond Fluctuations in Superionic Conductor CuI from ab initio Molecular-Dynamics Simulations (2003)
  • 著者名/発表者名: F.Shimojo, M.Aniya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan Vol.72,No.11 ページ: 2702-2705
  • NAID: 110001954290
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulation of the Phase Behavior of AgI_(1-x)Cl_x
  • 著者名/発表者名: S.Hamakawa, M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (accepted)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Temperature Dependence of the Chemical Bonding and Ion Dynamics in CuI
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Solid State Ionics (accepted)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dynamic Properties of AgI_(1-x)Cl_x : A Molecular Dynamics Study
  • 著者名/発表者名: S.Hamakawa, M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Solid State Ionics (accepted)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulation of the Phase Behavior of AgI_<1-x>Cl_x
  • 著者名/発表者名: S.Hamakawa, M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (accepted for publication)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Temperature Dependence of the Chemical Bonding and Ion Dynamics in CuI
  • 著者名/発表者名: M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Solid State Ionics (accepted for publication)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dynamic Properties of AgI_<1-x>Cl_x : A Molecular Dynamics Study
  • 著者名/発表者名: S.Hamakawa, M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Solid State Ionics (accepted for publication)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulation of the Phase Behavior of AgI_<1-x>Cl_x
  • 著者名/発表者名: S.Hamakawa, M.Aniya, F.Shimojo
  • 雑誌名: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry (発表予定)
• [文献書誌] M.Aniya, J.Kawamura: "A Three Phase Model for the Medium Range Structure and Ion Transport Properties in Superionic Glasses"Mass and Charge Transport in Inorganic Materials II, eds.P.Vincenzini and V.Buscaglia (Techna, Faenza). 191-198 (2003)
• [文献書誌] F.Shimojo, M.Aniya: "Diffusion of Mobile Ions and Bond Fluctuations in Superionic Conductor CuI from ab initio Molecular-Dynamics Simulations"Journal of the Physical Society of Japan. 72・11. 2702-2705 (2003)
• [文献書誌] F.Shimojo, M.Aniya: "Diffusion Mechanism of Cu Ions in Superionic Conductor CuI : ab initio Molecular-Dynamics Simulation"Journal of the Ceramic Society of Japan(Proceedings of Pac Rim 5). in print. (2004)
• [文献書誌] M.Aniya, F.Shimojo, T.Iseki: "Composition Dependence of Diffusion in Liquid Silver Chalcogenides"Journal of Non-Crystalline Solids. in print. (2004)