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2009 年度 実績報告書

第一原理熱力学に基づいた機能元素の材料設計

計画研究

研究領域機能元素のナノ材料科学
研究課題/領域番号 19053005
研究機関京都大学

研究代表者

田中 功  京都大学, 工学研究科, 教授 (70183861)

研究分担者 寺嶋 孝仁  京都大学, 低温物質科学研究センター, 教授 (40252506)
大谷 博司  九州工業大学, 工学部, 教授 (70176923)
松永 克志  京都大学, 工学研究科, 准教授 (20334310)
吉矢 真人  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00399601)
キーワード第一原理計算 / 統計熱力学 / 自由エネルギー / 表面・界面 / 状態図
研究概要

最先端の第一原理熱力学計算法を駆使し、計算結果を逐次検証し、必要に応じて実験結果から理論計算にフィードバックをかけることにより、現実の材料系における機能元素の局所環境や電子構造を、与えられた温度、圧力、化学ポテンシャルのもとで高精度に計算し設計することを可能とする技術の開発を行った。具体的には、ドーパント、表面、界面を対象に第一原理熱力学計算手法を開発し、格子不整合領域における機能元素の熱力学計算へ展開するための基盤技術を構築した。これにより様々な環境の機能元素の分布プロファイルや局所原子・電子構造を温度および圧力の関数として決定し、機能元素に由来した静的物性の理論予測を行った。また、第一原理分子動力学法により、原子レベルでの高精度な動的シミュレーションを行う手法を確立し、これを様々な材料系へ応用した。これと同時に、高分解能X線回折、X線吸収分光実験、電子エネルギー損失分光実験等により標準試料中の機能元素の局所原子・電子構造や分布を計測した。また、理論計算から得られた機能元素の局所構造や状態図などと比較し、その結果を計算に逐次フィードバックすることで、理論予測の精度を高めた。本研究により確立された第一原理熱力学計算手法を、白金合金触媒材料に適用し、表面への白金偏析挙動を実用レベルで取り扱うことに成功した。また、酸化チタン-金ナノ粒子系触媒を対象として、その界面原子構造の計算を行い、超高分解能走査型透過電子顕微鏡観察と連携することで、界面構造が金ナノ粒子のサイズに大きく依存することを明らかにした。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Doping of hexagonal boron nitride via intercalation : A theoretical prediction2010

    • 著者名/発表者名
      F.Oba, A.Togo, I.Tanaka, K.Watanabe, T.Taniguchi
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B 81

      ページ: 075125-1-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Off-Stoichiometry of LiC6 on the Lithium Diffusion Mechanism and Diffusivity by First Principles Calculations2010

    • 著者名/発表者名
      Kazuaki Toyoura, Yukinori Koyama, Akihide Kuwabara, Isao Tanaka
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C 114

      ページ: 2375-2379

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of Ti antisite-like defects in SrTiO_32009

    • 著者名/発表者名
      M.Choi, F.Oba, I.Tanaka
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett. 103

      ページ: 185502-1-4

    • 査読あり
  • [学会発表] 第一原理計算に基づいたリチウム電池材料研究2010

    • 著者名/発表者名
      田中功, 小山幸典, 豊浦和明, 大場史康, 岸田逸平
    • 学会等名
      日本金属学会 2010年春期(第146回)大会
    • 発表場所
      つくば市
    • 年月日
      2010-03-29
  • [学会発表] PLD法によるNi添加γ-Ga_2O_3の成膜と局所構造解析2010

    • 著者名/発表者名
      今林宏樹, 林博之, 大場史康, 田中功
    • 学会等名
      日本金属学会 2010年春期(第146回)大会
    • 発表場所
      つくば市
    • 年月日
      2010-03-28
  • [学会発表] Phase relationships and structures of inorganic crystals by combination of cluster expansion method and first principles calculations2009

    • 著者名/発表者名
      Isao Tanaka
    • 学会等名
      The 3rd Theory Meets Industry International Workshop
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2009-11-11

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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