| 研究課題/領域番号 |
22K05033
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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32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
大鳥 範和 新潟大学, 自然科学系, 教授 (20272859)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 溶融アルカリハロゲン化物 / 輸送係数 / イオン伝導率 / 分子動力学法 / イオン性液体 / イオン間交差項 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
陽・陰イオンの質量とイオン間相互作用が等しい系（対称系）を基準物質として、これに質量と相互作用の差異（非対称性）を表す変数を導入し、各変数の応答として交差項の変化を調べて、交差項を各変数によって定式化する。この結果に基づいて、イオン伝導率に関わる、NE 式および Walden 則の破れや内部移動度および輸率などの諸挙動とそれらの物質による差異の、それぞれ一元的な理解を目指す。
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| 研究実績の概要 |
単純な溶融アルカリハロゲン化物の二成分混合系について、実在系および質量とサイズの等しいモデル系のイオン間の自己相関項と交差項について、質量および充填率の依存性を評価した。LiI-KIの混合系をベースとして、すべての陽イオンと陰イオンは質量、サイズおよび相互作用が等しく、符号だけが異なるポテンシャル関数系を構築し、これを参照系（基準）として、陽イオン間に質量あるいはイオンサイズの差異を個別に導入し、イオン伝導率および内部移動度を構成するイオンの変位の自己相関項と各交差項に及ぼす効果を分子動力学法により独立に評価した。その結果、質量の差異あるいは総質量の変化に対する自己相関項と各交差項のイオン質量依存性が、電荷のないLennard-Jonesモデルによる単純液体の質量依存性と定性的に等しく、その定量的な差異も、温度の違いに比例（縦軸のスケールが10倍異なる）するのみであることを明らかにした。すなわち、イオン伝導の質量依存性の定性的挙動は電荷の有無に関係しないことがわかった。特に、イオン間交差項のような複雑な物理量において、質量効果が電荷とdecoupleすることを意味する重要な知見である。これらの結果に基づいて、自己相関項および交差項の質量依存性が、自己拡散係数と同様の表式で表現できることがわかった。以上の結果は、前年度で調べた単成分系に対する結果と良い一致を示しており、基本的に単成分および二成分混合系に関わらず、包括的で普遍的な結果であると結論された。一方、陽イオン間のイオンサイズ比および充填率依存性は、単成分系での陽イオンと陰イオンの間のイオンサイズ比および充填率依存性に比べて、著しく複雑な挙動を示すことがわかった。当年度は、その挙動の調査と解析および定式化に計算機資源と労力の大半を費やしたため、交差項の定式化は不完全であったが、次年度の前半には完了の見込みである。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
「研究実績の概要」の欄に記載のとおり、二成分混合系での陽イオン間のイオンサイズ比および充填率依存性が、単成分系での陽イオンと陰イオンの間のイオンサイズ比および充填率依存性に比べて、著しく複雑な挙動を示したため、当年度は、その挙動の調査と解析および定式化に計算機資源と労力の大半を費やし、交差項の定式化が不完全であったため。
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| 今後の研究の推進方策 |
「研究実績の概要」の欄の末尾に記載したように、交差項の定式化を、3年目の前半に完了し、並行して3年目に当初計画したとおり、イオン間相互作用に分極相互作用を導入し、これが有効に作用する系として、内部移動度が特異な挙動を示す溶融 LiF-KFと、固体電解質として幅広く研究されてきたCaF2を取り上げて重点的に研究を行う。特に、分極相互作用の有無で、イオン伝導率を構成する自己相関項と交差項の各項の変化を詳細に調べる。
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