| 研究領域 | ハイエントロピー合金：元素の多様性と不均一性に基づく新しい材料の学理 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00141
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
清水 亮太 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (70611953)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | 無機薄膜合成 / ハイエントロピーアニオン化物 / エピタキシャル成長 / 複合アニオン化合物 / 薄膜物性 / 固体イオニクス / 光・電子物性 / ハイエントロピー化合物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、(N,O,F,H)の4種アニオンを複合化したハイエントロピー複合アニオン化合物を薄膜状に非平衡プロセスで作製し、どのような材料が合成され、物性がどのように変化するかの指針を構築する。これにより、アニオン複合化によりイオン伝導特性や発光特性の向上を目指す。
一連の作業は「AI-Robotシステム」を活用して行い、全自動・自律的にプロセスを進める。取り掛かりでは構造・組成の詳細は度外視し、どのようなガス供給条件で高イオン伝導を示す材料が作製されるかをスクリーニングする。この帰納的なアプローチを計画研究との連携で、ハイエントロピー化と物性とを関連付ける演繹的なモデリングを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、無機イオン性固体のハイエントロピー化合物を薄膜材料として創製することを目的とした。具体的には、非平衡過程における成膜が可能なパルスレーザー堆積法や反応性マグネトロンスパッタ法を用いて、酸化物やフッ化物のハイエントロピーエピタキシャル薄膜の合成と、アニオンの複合化に取り組んだ。
酸化物系ではLi電池の正極材料に着目し、10種以上の金属Mを含む層状岩塩構造LiMO2エピタキシャル薄膜合成に成功した。この正極薄膜を用いた薄膜Li電池において安定な電池動作を実証した。
フッ化物系では、ペロブスカイト型フッ化物における水分解の酸素生成触媒応用に着目し、K(MnFeCoNiCu)F3エピタキシャル薄膜の作製と酸素生成反応の触媒活性の定量評価を行った。ターゲット材料を遊星ボールミルによる粉砕混合と焼結作業を通じて自作し、(100)、(110)、(111)の面方位制御に成功した。この配向制御に成功した薄膜を用いて酸素発生反応を試みたが、薄膜に電場がうまく印加できず反応が進行しなかった。そこで、集電体としてAu薄膜を堆積し、多結晶K(MnFeCoNiCu)F3薄膜を用いたところ、過電圧が~430 mV(@10mA/cm2)と良好な触媒活性を観測することに成功した。本成果は、様々なフッ化物のハイエントロピー材料の探索につながる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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