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3d遷移金属高濃度系透明ガラスセラミックスの創製

研究課題

研究課題/領域番号 19K22046
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分26:材料工学およびその関連分野
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

本間 剛  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (70447647)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2020年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2019年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
キーワード結晶化 / 遷移金属 / 鉄 / マンガン / 光吸収 / レーザー加工 / ガラス / 相分離 / ビスマス / ナトリウムイオン電池 / 全固体電池 / 透明 / ナノ結晶 / イオン伝導 / 二次電池 / 透明セラミックス / 磁性
研究開始時の研究の概要

ナトリウムイオン電池正極用結晶化ガラスの研究を推進する過程で、透明な結晶化ガラスの創製に成功した。電池の用途では特に光透過性は必要とされないが、驚くことに鉄、マンガン酸化物が多量(約20 mol%)に含有しているにも関わらず可視光透明性を示すのである。熱力学的に準安定な結晶が形成し、透明性以外にもアルカリイオン伝導性、着磁など興味深い物性が明らかになりつつある。そこで本研究では可視域で透明を有する遷移金属酸化物を高濃度で含有する新奇な酸化物ガラスおよび結晶化ガラスの創製とその光学的・電気的特性の評価を目的とする。

研究成果の概要

一般的に遷移金属イオンを含有するガラスは光の吸収が強く失透する。我々は遷移金属イオンを高濃度に含有するにも関わらず可視域で透明性を有する結晶化ガラスを見出した。本研究では特異な性質を示す鉄とマンガンイオンを高濃度に含有するガラスの、結晶化と光学的物性および電気的特性を明らかにし、特異な光透過性と微構造との関係を明らかにした。さらにこれらのガラスには赤外域に強烈な光吸収を有することから赤外レーザーでの加工が容易であることを発見した。ナトリウムイオン電池の活物質として機能するリン酸系ガラスに適用したところ、従来よりも低閾値で結晶化することを発見した。これらは全固体電池の創製に資する成果である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

リン酸鉄は近年リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池の活物質として注目されてきている。我々はガラスの結晶化によってこれらの活物質の創製と物性評価を進めている中で、発見した成果である。通常のガラス系とは異なる珍しい物性を示すことから、学術的に興味深いガラス材料である。元来電池の材料として注目していたが、光と熱の相互作用で、レーザーによる加工を容易にできることは次世代電池の創製に効果的である。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (59件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (47件) (うち国際学会 13件、 招待講演 3件) 備考 (6件)

  • [国際共同研究] COE College(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] COE College(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Laser‐induced modification and external pressureless joining Na2FeP2O7 on solid electrolyte2020

    • 著者名/発表者名
      Hiratsuka Masafumi、Honma Tsuyoshi、Komatsu Takayuki
    • 雑誌名

      International Journal of Ceramic Engineering & Science

      巻: 2 号: 6 ページ: 332-341

    • DOI

      10.1002/ces2.10072

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhanced rate capabilities in a glass-ceramic-derived sodium all-solid-state battery2020

    • 著者名/発表者名
      Yamauchi Hideo、Ikejiri Junichi、Tsunoda Kei、Tanaka Ayumu、Sato Fumio、Honma Tsuyoshi、Komatsu Takayuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 9453-9453

    • DOI

      10.1038/s41598-020-66410-1

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural origin of high-density Gd2O3-MoO3-B2O3 glass and low-density β'-Gd2(MoO4)3 crystal: a study conducted using high-energy x-ray diffraction and EXAFS at high temperatures2020

    • 著者名/発表者名
      Kenji Shinozaki, Hiroki Tsuchiya, Tsuyoshi Honma, Koji Ohara, Hirokazu Masai,Toshiaki Ina, Takayuki Komatsu
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 32 号: 5 ページ: 055705-055705

    • DOI

      10.1088/1361-648x/ab4e64

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase selective crystallization of Na2Mn0.9Fe0.1P2O7 glass by laser irradiation2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Honma, Yu Kumagai, Takayuki Komatsu
    • 雑誌名

      International Journal of Applied Glass Science

      巻: 11 号: 1 ページ: 112-119

    • DOI

      10.1111/ijag.14102

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] レーザー照射によるNaFePO4の非晶質化2021

    • 著者名/発表者名
      平塚 雅史, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ビスマス鉄ケイ酸塩ガラスの結晶化2021

    • 著者名/発表者名
      小田 あおい, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Na2MgxMn1-xP2O7 ガラスの結晶化機構2021

    • 著者名/発表者名
      渡辺 元康, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2021年年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 非晶質スズケイ酸ナトリウムにおけるスズ粒子の形成2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤 史隆, 本間 剛, 小松 高行, 篠崎 健二, 伊奈 稔哲
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2021年年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] R2MgP2O7(R=Li,Na,K)ガラスの結晶化挙動2021

    • 著者名/発表者名
      古川 達斗, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2021年年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レーザー照射によるNaFePO4 の非晶質化2021

    • 著者名/発表者名
      平塚 雅史, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2021年年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ビスマス鉄ケイ酸塩ガラスの結晶化2021

    • 著者名/発表者名
      小田 あおい, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2021年年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Crystallization mechanism of Na2MgxFe1-xP2O7 glass for sodium ion battery2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Honma, Souma Iino, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      Glass Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of oxide-based sodium all-solid-state batteries by laser irradiation2020

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Hiratsuka, Tsuyoshi Honma, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      Glass Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of all-solid-state Na battery using 5 V class cathode glass-ceramics2020

    • 著者名/発表者名
      Yongzheng Ji, Tsuyoshi Honma, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      Glass Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] レーザー照射によるリン酸鉄ナトリウムのガラス化と全固体電池の創製2020

    • 著者名/発表者名
      平塚雅史,本間剛,小松高行
    • 学会等名
      令和2年度 日本セラミックス協会東北北海道支部 研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 酸化鉄を添加したビスマスケイ酸塩ガラスの結晶化機構2020

    • 著者名/発表者名
      小田あおい,新村和人,本間剛,小松高行
    • 学会等名
      令和2年度 日本セラミックス協会東北北海道支部 研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レーザー照射による酸化物系全固体ナトリウム電池の創製2020

    • 著者名/発表者名
      平塚 雅史, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      第61回電池討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 全固体 Na イオン二次電池の出力特性向上2020

    • 著者名/発表者名
      角田 啓, 田中 歩, 池尻 純一, 山内 英郎, 佐藤 史雄, 坂本 太地, 池内 勇太, 妹尾 博, 本間 剛
    • 学会等名
      第61回電池討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Enhanced Performance of All-Solid-State Na-Ion Batteries2020

    • 著者名/発表者名
      Ayumu Tanaka, Kei Tsunoda, Junichi Ikejiri, Hideo Yamauchi, Fumio Sato, Taichi Sakamoto, Yuuta Ikeuchi Hideaki Tanaka, Hiroshi Senoh, Tsuyoshi Honma, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      PRiME2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Na2MgyFe1-yP2O7ガラスの結晶化と電気的特性2020

    • 著者名/発表者名
      本間 剛, 飯野 颯真, 小松 高行
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レーザー照射によるNa2FeP2O7正極活物質の固体電解質への接合2020

    • 著者名/発表者名
      平塚 雅史, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 5 V級Naイオン電池正極結晶化ガラスによる全固体電池の創製2020

    • 著者名/発表者名
      冀 咏錚, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 希土類モリブデン酸塩系ガラスが有する析出結晶よりも高い充填密度の構造的起源解明2020

    • 著者名/発表者名
      篠崎 健二, 土屋 博樹, 伊奈 稔哲, 尾原 幸治, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Na2O-TiO2-SiO2 系ガラスの結晶化と電気化学特性評価2020

    • 著者名/発表者名
      本間 剛, 漁 海門, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レーザー照射によるNa2FeP2O7のガラス化と固体電解質セラミックスへの融着2020

    • 著者名/発表者名
      平塚 雅史, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Na2MgxFe1-xP2O7ガラスの結晶化機構2020

    • 著者名/発表者名
      本間 剛, 飯野 颯真, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第33回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] レーザー局所加熱による酸化物系結晶化ガラス全固体電池の創製2020

    • 著者名/発表者名
      平塚 雅史, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2020年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ビスマス鉄ケイ酸塩ガラスによるナトリウムイオン電池負極の創製2020

    • 著者名/発表者名
      新村 和人, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2020年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] メカノケミカル(MC)法によるGd2O3-MoO3 系ガラスの作製と結晶化挙動2020

    • 著者名/発表者名
      池原 海斗, 本間 剛, 小松 高行, 篠崎 健二
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2020年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Na2FexNi1-xP2O7結晶化ガラスとNaPO3ガラスとの複合化2020

    • 著者名/発表者名
      冀 咏錚, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] レーザー照射によるNa2FeP2O7のガラス化と固体電解質への接合2020

    • 著者名/発表者名
      平塚 雅史, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Na2MgP2O7-Na2FeP2O7擬2成分系ガラスの結晶化2020

    • 著者名/発表者名
      本間 剛, 飯野 颯真, 小松 高行
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Crystallization of the Na2FexNi1-xP2O7 glass and ability of cathode for sodium ion batteries2020

    • 著者名/発表者名
      Yongzheng Ji, Tsuyoshi Honma, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      44th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites(ICACC2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser-induced structural modification of Na2FeP2O7 glass-ceramics for all-solid-state sodium ion battery2020

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Hiratsuka, Tsuyoshi Honma, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      44th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites(ICACC2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemical properties of Na2FeP2O7 glass-ceramic cathode in all-solid-state battery2020

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Honma, Hideo Yamauchi, Junichi Ikejiri, Fumio Sato, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      44th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites(ICACC2020)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Na2MSiO4ガラスの結晶化と電気伝導性2019

    • 著者名/発表者名
      本間 剛, 寺澤 みゆり, 陳 天昊, 古川 達人, 小松高行
    • 学会等名
      第60回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] レーザー照射によるNa2FeP2O7のガラス化と固体電解質への接合2019

    • 著者名/発表者名
      平塚 雅史, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      第60回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 全固体Naイオン二次電池の高出力化2019

    • 著者名/発表者名
      池尻 純一, 山内 英郎, 角田 啓, 田中 歩, 佐藤 史雄, 坂本 太地, 池内 勇太, 柳田 昌宏, 本間 剛
    • 学会等名
      第60回電池討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 酸化物全固体電池におけるNa2FeP2O7結晶化ガラス正極の電気化学特性2019

    • 著者名/発表者名
      本間 剛, 山内 英郎, 池尻 純一, 佐藤 史雄, 小松 高行
    • 学会等名
      第60回電池討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ビスマス鉄ケイ酸塩ガラスによるナトリウムイオン電池負極の創製2019

    • 著者名/発表者名
      新村 和人, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      令和元年度 日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Na2MgP207~Na2FeP207擬2成分系ガラスの結晶化挙動2019

    • 著者名/発表者名
      飯野 颯真, 本間 剛, 小松高行
    • 学会等名
      令和元年度 日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Na2O-MgO-SiO2系ガラスの結晶化と電気伝導性2019

    • 著者名/発表者名
      陳 天昊, 本間 剛, 小松 高行
    • 学会等名
      令和元年度 日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Crystallization behavior of Na2MSiO4 (M=Mn, Fe) glass2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Honma, Miyuri Terasawa, Tatsuto Furukawa, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference Societies
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of oxide glass-ceramic derived all-solid-state battery by laser irradiation2019

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Hiratsuka, Tsuyoshi Honma, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference Societies
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Na2MSiO4ガラスの結晶化挙動2019

    • 著者名/発表者名
      本間 剛, 寺澤 みゆり, 小松 高行
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 酸化物系ガラスセラミックスによるナトリウムイオン全固体電池2019

    • 著者名/発表者名
      本間剛
    • 学会等名
      第108回 新電池構想部会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Oxide glass-ceramics for all-solid state Na ion batteries2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Honma, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      2nd Global Forum on Advanced Materials and Technologies for Sustainable Development (GFMAT-2)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 全固体Naイオン二次電池の結晶構造解析によるサイクル特性調査2019

    • 著者名/発表者名
      角田啓, 池尻純一, 山内英郎, 佐藤史雄, 坂本太地, 池内勇太, 柳田昌宏, 本間剛
    • 学会等名
      日本セラミックス協会関西支部 第14回 学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Opticalliy Transparent glass-ceramics in the system Na2O-FeO-MnO-SiO22019

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Honma, Miyuri Terasawa, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      25th International Congress on Glass (ICG2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Crystallization mechanism and electrical properties of Na2O-FeO-MnO-SiO2 glass2019

    • 著者名/発表者名
      Miyuri Terasawa, Tsuyoshi Honma, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      25th International Congress on Glass (ICG2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Laser-induced structural modification in Na2FeP2O7 glass-ceramics2019

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Hiratsuka, Tsuyoshi Honma, Takayuki Komatsu
    • 学会等名
      25th International Congress on Glass (ICG2019)
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/read0075326

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 長岡技術科学大学機能ガラス工学研究室

    • URL

      https://mst.nagaokaut.ac.jp/amorph/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Google Scholar

    • URL

      https://scholar.google.com/citations?hl=ja&user=vxlFkKEAAAAJ&view_op=list_works&sortby=pubdate

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Research Gate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Tsuyoshi_Honma

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] ORCID

    • URL

      https://orcid.org/0000-0001-6308-4713

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 長岡技術科学大学 機能ガラス工学研究室

    • URL

      https://mst.nagaokaut.ac.jp/amorph

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2022-01-27  

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