異種結合混在系液体・ガラスの構造と電気物性

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07454143
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 中村 義男 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70000809)
• 研究分担者: 加美山 隆 北海道大学, 工学部, 助教授 (50233961) ; 河村 純一 北海道大学, 大学院・理学研究科, 講師 (50142683)
• キーワード: 金属-非金属転移 / 核磁気共鳴 / ガラス / 中性子散乱 / 超イオン伝導体 / 電解質溶液

研究概要

われわれは、金属-アルキルミン(アンモニア)系、ヨウ化銀-ヨウ化アルキルアンモニウム系、硫酸リチウム-グリセロール系に代表される混合液体・ガラスを対象に、異種の化学結合の混在が系の電気物性とどのように関わるかを明らかにするため、本研究を実施した。以下にその研究実績の概要を述べる。
1)金属-アルキルアミン系:セシウム-メチルアミン-アンモニア系のCs-133のNMRスペクトルと電気伝導率の測定を行い、系の示す金属-非金属転移と濃度ゆらぎなどの溶液構造との関連を調べた。またナトリウム-アンモニア系の低磁場(193MHz)ESRスペクトルの測定より、バルクの金属-非金属転移が起こる前の金属濃度で、局所的領域での金属化が示唆された。
2)ヨウ化銀-ヨウ化テトラアルキルアンモニウム系:ヨウ化銀の体積分率を広範囲に変えたガラス試料を作製し、その交流伝導率を測定した結果、体積分率0.35付近で、顕著なイオン伝導体-絶縁体転移が観測された。銀イオンのNMRおよび中性子散乱、X線小角散乱により、このガラス中のイオンと分子の微視的構造と運動状態について調べ、パーコレーション的な転移機構の存在が示唆された。
3)硫酸リチウム-グリセロール系:この系の交流電気伝導率と粘性率を濃厚溶液に至る範囲で温度の関数として測定し、両者の相関を調べた。またこの系のグリセロールの分子運動を中性子の準備性散乱の測定から調べた。これらの結果より、イオンを介したネットワーク構造の形成がイオンの運動を支配していることがわかった。
これらの結果より、異種結合混在系液体あるいはガラスでは、異種分離的(同種安定)、あるいは秩序形成的(異種安定)な「局所的濃度ゆらぎ」が、系の電気物性を支配していると結論される。

研究成果

• [文献書誌] T. Kamiyama: "Dynamical str;uctures of simple and glass-forming nitrate melts" Physica B. 213-214. 483-485 (1995)
• [文献書誌] J. Kawamura: "Neutron scattering studies on superionic AgI-CsI- (CH_3)_4NI glasses" Solid State Ionics. 79. 264-272 (1995)
• [文献書誌] J. Kawamura: "Intermediate range strcture in organic-inorganic mixed superionic conductor glasses AgI-CsI-tetraalkylammonium iodide" Solid State Ionics. 86-88. 517-520 (1996)
• [文献書誌] J. Kawamura: "Photoelctrochemical properties of multi-layered thin films composed of chalcogenide and superionic conductor glasses" Solid State Ionics. 90. 303-306 (1996)
• [文献書誌] Y. Nakamura: "Thermodynamic properties of the molten T1-GeTe_4 system" Berichite der Bunsengesellschaft Phys. Chem.101 (2). 236-242 (1997)
• [文献書誌] H. Itoigawa: "Bi precipitates in Na_2O-B_2O_3 glasses" Journal of Non-Crystalline Solids. (in press). (1997)
• [文献書誌] T.Kamiyama: "Ion dynamics of glass-forming nitrate melts" Progress in Theoretical Physics. (in press). (1997)
• [文献書誌] 中村義男: "化学熱力学の基礎" 三共出版, 167 (1995)