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固相イオン交換機構を利用した絶縁/導電化スイッチングの実現と、分子素子への展開

研究課題

研究課題/領域番号 17J02578
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 デバイス関連化学
研究機関広島大学

研究代表者

市橋 克哉  広島大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードリチウムイオン伝導度 / 固相イオン交換 / 磁気特性 / スイッチング / インピーダンス / 固相コバルトイオン交換 / 電気伝導性 / トランジスタ
研究実績の概要

今年度は、化合物のリチウムイオン伝導度制御、固相イオン交換機構の解明、化合物内の溶媒分子の脱吸着に伴う磁気スイッチングに取り組んだ。まず、リチウムイオン伝導制御に関して、イオン伝導経路の歪み率や伝導経路の径の拡張に重点を置いて取り組んだ。その結果、伝導経路の径と歪みが小さな試料で、よりリチウムイオン伝導度が増加することが明らかとなった。このことから、イオン伝導経路の拡張よりも、歪みの抑制がイオン伝導度の向上に効果的であると結論付けられた。
続いて、結晶中でリチウムイオン伝導が観測されている試料を塩化カリウム水溶液に浸すことで、結晶中のリチウムイオンをカリウムイオンと交換し、このときのイオン交換機構を解明することに取り組んだ。実験後の結晶について、電子線プローブマイクロアナライザ分析や誘導結合プラズマ発光分光分析、IRスペクトル測定などを行い、イオン交換に関する考察を行った。その結果、結晶を水溶液に浸す条件によっては、水溶液中のカリウムイオンと交換された領域と、されなかった領域が共存することが明らかとなった。このことから、イオン交換平衡やイオン拡散速度に従う従来のイオン交換剤とは、異なる気候で結晶状態でのイオン交換が起こっていることが明らかとなった。
さらに、結晶中の有機溶媒分子を加熱により脱離させ、結晶の磁気特性の変化を追跡した。元素分析やIRスペクトル測定、熱重量分析、粉末X線回折測定などから、結晶中の有機溶媒分子の脱離の前後で結晶性が失われないこと、溶媒脱離後の試料を溶媒の蒸気にさらすことで再度溶媒分子が戻ってくることが明らかとなった。このような試料について磁気特性を調査したところ、溶媒の脱離に伴って強磁性的な相互作用が強まり、溶媒分子が戻ってくることで元の磁気挙動に戻ることが確認された。以上のことから、溶媒分子の脱吸着に伴った磁気スイッチングが達成されたと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 6件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Selective Ion Exchange in Supramolecular Channels in the Crystalline State2019

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Ichihashi, Daisuke Konno, Kseniya Yu. Maryunina, Katsuya Inoue, Kazuhiro Toyoda, Shogo Kawaguchi, Yoshiki Kubota, Yoko Tatewaki, Tomoyuki Akutagawa, Takayoshi Nakamura, and Sadafumi Nishihara
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 58 号: 13 ページ: 4169-4172

    • DOI

      10.1002/anie.201813709

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnetic Switching by Desorption/Adsorption of Organic Solvent Molecule in [Ni(dmit)2]- Salt2019

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Ichihashi, Takumi Nishimura, Daisuke Konno, Katsuya Inoue, Tomoyuki Akutagawa, Takayoshi Nakamura, and Sadafumi Nishihara
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 48 号: 4 ページ: 329-332

    • DOI

      10.1246/cl.181031

    • NAID

      130007624436

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimizing Lithium Ion Conduction through Crown Ether-Based Cylindrical Channels in [Ni(dmit)2]- Salts2018

    • 著者名/発表者名
      Katsuya Ichihashi, Daisuke Konno, Takuya Date, Takumi Nishimura, Kseniya Yu. Maryunina, Katsuya Inoue, Toshimi Nakaya, Kazuhiro Toyoda, Yoko Tatewaki, Tomoyuki Akutagawa, Takayoshi Nakamura, Sadafumi Nishihara,
    • 雑誌名

      Chem. Mater

      巻: 30 号: 20 ページ: 7130-7137

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.8b03027

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural, Optical, Magnetic, and Dielectric Properties in Hybrid Solid Solutions of ZnαNi1?α(en)3Ag2I4 (0 < α < 1) by Varying the Relative Zn/Ni Content2018

    • 著者名/発表者名
      Xue Chen、Zou Yang、Zhang Jin、Ren Xiao-Ming、Ichihashi Katsuya、Maruyama Rio、Nishihara Sadafumi
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 3 号: 9 ページ: 10725-10732

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b01372

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] A Sandwich Complex of Bismuth Cation and Mono-Lacunary α-Keggin-Type Phosphotungstate: Preparation and Structural Characterisation2018

    • 著者名/発表者名
      Wihadi Muh Nur Khoiru、Hayashi Akio、Ichihashi Katsuya、Ota Hiromi、Nishihara Sadafumi、Inoue Katsuya、Tsunoji Nao、Sano Tsuneji、Sadakane Masahiro
    • 雑誌名

      European Journal of Inorganic Chemistry

      巻: 2019 号: 3-4 ページ: 357-362

    • DOI

      10.1002/ejic.201800541

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Self-Assembled Heterometallic {Co7-Ho1} Nanocluster: 3d-4f Trimeric Keggin-Type Silicotungstate [HoCo7Si3W29O108(OH)5 (H2O)4]18 - and its Catalytic and Magnetic Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Das Vivek、Khan Imran、Hussain Firasat、Sadakane Masahiro、Hageo Kazuki、Ichihashi Katsuya、Inoue Katsuya、Nishihara Sadafumi
    • 雑誌名

      European Journal of Inorganic Chemistry

      巻: 2019 号: 3-4 ページ: 430-436

    • DOI

      10.1002/ejic.201801103

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural Phase Transition Behavior Observed for a Single Crystal of the Tetrabutylammonium Salt of a Mo18 Polyoxometalate2018

    • 著者名/発表者名
      Oki Hirofumi、Shiga Misaki、Nakamura Ippei、Nishida Kazuki、Ichihashi Katsuya、Nishihara Sadafumi、Inoue Katsuya、Akutagawa Tomoyuki、Tsunashima Ryo
    • 雑誌名

      European Journal of Inorganic Chemistry

      巻: 2019 号: 3-4 ページ: 492-495

    • DOI

      10.1002/ejic.201801044

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of Preyssler-type Phosphotungstate with One Central Potassium Cation and Potassium Cation Migration into the Preyssler Molecule to form Di-Potassium-Encapsulated Derivative2018

    • 著者名/発表者名
      Akio Hayashi, Muh. Nur Khoiru Wihadi, Hiromi Ota, Xavier, pez, Katsuya Ichihashi, Sadafumi Nishihara, Katsuya Inoue, Nao Tsunoji, Tsuneji Sano, and Masahiro Sadakane
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 3 号: 2 ページ: 2363-2373

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b00163

    • NAID

      120006549331

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Two New Sandwich-Type Manganese {Mn5}-Substituted Polyoxotungstates: Syntheses, Crystal Structures, Electrochemistry, and Magnetic Properties2017

    • 著者名/発表者名
      R. Gupta, I. Khan, F. Hussain, A. M. Bossoh, I. M. Mbomekall, P. de Oliveira, M. Sadakane, C. Kato, K. Ichihashi, K. Inoue, and S. Nishihara,
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 56 号: 15 ページ: 8759-8767

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.6b02994

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 超分子化学的なアプローチによる[Ni(dmit)2]スピンラダーの電子状態制御2019

    • 著者名/発表者名
      市橋克哉、今野大輔、マリュニナクセニヤ、井上克也、豊田和弘、芥川智行、中村貴義、西原禎文
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] イオンチャネルを有する[Ni(dmit)2]-塩のリチウムイオン伝導制御2018

    • 著者名/発表者名
      市橋克哉、今野大輔、マリュニナクセニヤ、井上克也、豊田和弘、芥川智行、中村貴義、西原禎文
    • 学会等名
      第12回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] [Ni(dmit)2]塩の固相イオン交換機能を利用したイオンスイッチトランジスタの開発2018

    • 著者名/発表者名
      市橋克哉、今野大輔、マリュニナクセニヤ、井上克也、豊田和弘、芥川智行、中村貴義、西原禎文
    • 学会等名
      2018年日本化学会中国四国支部大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development of a molecular transistor operated by solid-state ion exchange2018

    • 著者名/発表者名
      K. Ichihashi, D. Konno, K. Maryunina, K. Inoue, K. Toyoda, T. Akutagawa, T. Nakamura, and S. Nishihara
    • 学会等名
      The 15th Nano Bio Info Chemistry Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of ion-switch transistor using solid state ion exchange2018

    • 著者名/発表者名
      Ichihashi Katsuya、Konno Daisuke、Maryunina Kseniya、Inoue Katsuya、Toyoda Kazuhiro、Akutagawa Tomoyuki、Nakamura Takayoshi、Nishihara Sadafumi
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Electronic State Control of Carrier-Doped [Ni(dmit)2] Spin Ladder Compound2017

    • 著者名/発表者名
      Ichihashi Katsuya、Nishihara Sadafumi、Konno Daisuke、Maryunina Kseniya、Inoue Katsuya、Toyoda Kazuhiro、Akutagawa Tomoyuki、Nakamura Takayoshi
    • 学会等名
      6th Asian Conference on Coordination Chemistry
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Li2([18]crown-6)3[Ni(dmit)2]2(H2O)4の固相イオン交換機能を利用した磁性制御2017

    • 著者名/発表者名
      市橋克哉、今野大輔、マリュニナクセニヤ、井上克也、豊田和弘、芥川智行、中村貴義、西原禎文
    • 学会等名
      第11回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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