| 研究課題/領域番号 |
16760548
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
無機材料・物性
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| 研究機関 | 滋賀県立大学 |
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研究代表者 |
近藤 淳哉 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (30301211)
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| 研究期間 (年度) |
2004 – 2005
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| 研究課題ステータス |
完了 (2005年度)
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| 配分額 *注記 |
3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
2005年度: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2004年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
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| キーワード | イオン伝導体 / 力学緩和 / 誘電緩和 / 緩和時間 / 酸素分圧 / 酸素センサー / 電場 / 応力場 / フォトルミネッサンス / ブリルアン散乱 |
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| 研究概要 |
イオン伝導とは、異方性が高く、相互に関係のある力学的な歪みと電気的な歪み(分極)を併せ持つ結晶格子中を(つまり、電場と応力場が同時に印加された状態で)、電荷を持った点欠陥(酸素イオン空孔)が両場の相互作用を受け、構造緩和を行いながら拡散する複雑な輸送現象であり、これまでに導電率は応力誘起拡散(内部摩擦)の大きさ、つまり格子歪みの異方性が大きいほど大きいことを定性的に明らかにしてきた。昨年度までの研究では、これまで全く着目されていなかったカチオンおよび電子がイオン伝導の輸送現象に及ぼす影響について、酸素分圧が大気圧近くのときに関して多くの知見を得た。つまり、応力場の元では10mol%のY_2O_3を安定化剤としてドープしたZrO_2(10YSZ)の時効前後ともに、2種類の点欠陥対による力学緩和があり、その一つは時効前後ともtrigonal対称性を持つ酸素イオン空孔とドーパントカチオン(Y^<3+>)の欠陥対によるものであるが、時効前は、第一近接なのに対して、時効後は第四近接である。もう一つはドーパントカチオン二つからなる欠陥対によるものであり、時効前は[110]orthorhombic対称であり時効後はtrigonal対称(酸素イオンを二つ挟む)に変化することが分かった。
今年度は、昨年度の超音波法に引き続きDACによる超高静水圧下でのブリュアン散乱測定により、静水圧応力場下でのすべての弾性定数を決定し、時効により格子歪みの異方性(弾性率の緩和)が低下するだけではなく、時効による体積弾性率の低下、つまり体積縮小による格子歪みそのものの緩和や、弾性定数の異方性の緩和に伴う時効硬化が起こっていること、弾性特性にはY^<3+>の位置は影響を及ぼさないこと、時効に伴いコーシーの関係に近くなりイオン結晶性が増した結果導電率が低下したと解釈できることなどが明らかになった。
さらに、カチオンおよび電子がイオン伝導の輸送現象に及ぼす影響をより詳しく調べるため、10^<-40>〜10^<-50>という超低酸素分圧下、つまりは電子伝導性の増した混合伝導状態の元での、イオン伝導特性および緩和現象をACインピーダンス法により調べた。その結果、電子伝導性の増加により酸素イオン空孔を含む欠陥対に起因する誘電緩和ピークが顕著に減少することが分かり、電子、つまり電子からなるポーラロンによる緩和が、イオン伝導に大きな影響を及ぼしていることが分かった。
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