| 研究課題/領域番号 |
21K04660
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 大分工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
池田 昌弘 大分工業高等専門学校, 一般科理系, 准教授 (80597667)
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| 研究分担者 |
安仁屋 勝 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30221724)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 超イオン導電体 / 短距離構造 / 中距離構造 / 空孔形成 / 非アレニウス型イオン伝導 / 結合強度・配位数揺らぎモデル / ファラデー転移 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
固体中のイオン導電現象を理解する枠組みは十分に整備されておらず、まだ多くの重要な未解明問題が残っている。本質的な問題として、一般にクーロン力などの近距離で相互作用が遮蔽されない場合には系の状態間に相関が生じ統計的独立性は成立しない。その際、厳密にはエントロピーの記述に修正が必要になるが、従来のイオン伝導を説明する標準的な理論ではこの点は考慮されていない。固体中のイオン導電現象を真に理解するためには上の視点は不可欠である。本研究では、近距離を超えた多体相互作用の視点を理論の枠組みに導入することで、短距離及び中距離構造の形成と超イオン導電機構との関係性を探る。
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| 研究実績の概要 |
超イオン導電ガラスに見られるような構造不規則系では、中距離構造がイオン輸送現象に重要な役割を果たしている。本研究では、中距離構造の形成過程をモデル化し、固体中のイオン導電機構の本質を理解することにある。本年度の研究では、以下の成果が得られた。
1) デカップリングは電気伝導緩和と構造緩和のモード間が結合しない現象であり、固体電解質における物質探索の際の指針になる。以前行った研究では、ガラス形成能と高温域における原子の離散集合の関係性を検討した。その際に得られた知見によると、多くのフラジャイル系ガラスでは、特性温度比TA/Tgが1.3-1.5 < TA/Tg < 2.1 の範囲に入る。ここで、TAはアレニウスクロスオーバー温度であり、通常、融点以上になる。今回、アモルファスイオン導電体を調べた結果、同物質系も上の予測範囲にあることが明らかとなり、ガラス形成能は高いことが示唆された。
2) 超イオン導電体の相転移にはイオン伝導度が連続的に変化するファラデー転移を示す物質がある。報告されている固溶体PbF2-SnF2系のイオン伝導度はファラデー転移を示し、転移点を境にして変化する傾きの比が、組成に依存して1より大きく、または、小さくなる挙動を示す。この振舞いについて、我々が提案しているイオン伝導度に対するモデルを用いて調べた。その結果、当該モデルは、この両挙動を定性的に再現することが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度の報告に示した今後の研究推進方策の内容の研究に着手できたため。フッ化物系におけるイオン伝導度の特異な挙動については、ファラデー転移を示す場合においても、提案されたモデルは適用可能であることが確認できた。また、アモルファスイオン導電体における緩和のデカップリングについては、ガラス形成能の観点から議論した当該内容は、以前の我々の研究で検討された手法を応用することで、アモルファスイオン導電体も理論的に予測された特性温度の範囲に入ることが示された。そのため、研究の進捗状況としては、おおむね順調であると云える。
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| 今後の研究の推進方策 |
1)に関しては、 アレニウスクロスオーバー と非Stokes-Einstein則の関係を調べ、デカップル指数との関連性を検討する。2)に関しては、ファラデー転移を境にして変わるイオン伝導度の活性化エネルギーの比との関連性を調べる。ファラデー転移点の微視的起源を明らかにするために、他の物質で同転移を示すデータを収集して、熱的性質の観点から検討する。
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