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2016 年度 実績報告書

量子ビームと理論の連携による革新的イオン伝導不規則構造材料創製基盤の構築

研究課題

研究課題/領域番号 16H03903
研究機関山形大学

研究代表者

臼杵 毅  山形大学, 理学部, 教授 (70250909)

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)
尾原 幸治  公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (00625486)
田原 周太  琉球大学, 理学部, 准教授 (80468959)
小野寺 陽平  京都大学, 原子炉実験所, 助教 (20531031)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード量子ビーム / イオン伝導性ガラス / X線異常散乱 / 中性子散乱 / 構造モデリング / ガラス構造 / イオン伝導経路 / 固体イオニクス
研究実績の概要

本研究では、量子ビームを最大限に活用した元素選択精密構造解析実験を駆使することにより、こうイオン伝導性ガラス物質におけるガラスマトリックス構造及びイオン拡散経路の構築過程を原子・電子レベルで可視化することを目指している。平成28年度は、本研究遂行の要となる元素選択X線異常散乱実験環境の整備に着手した。X線異常散乱実験では僅かな構造情報の違いを正確に解析する必要があることから、試料作製において試料の酸化等を防ぐ必要があるため、酸素分圧を極限まで抑えることの可能なグローブボックスを整備し、メカニカルミリングによる研究対象材料の作製、及び得られた試料の精密電気伝導度測定、イオン伝導・電子伝導の分離、熱物性測定を実施した。これと並行して、SPring-8における元素選択X線異常散乱実験環境の整備を進め、アナライザー結晶を用いて弾性散乱強度を高精度に分光し観測する手法を確認した。さらに、精密量子ビーム構造データを用いた三次元構造モデリングに着手した。放射光X線回折実験、中性子回折実験データにX線異常散乱実験データあるいは同位体置換中性子回折実験データを加えたモデリングにより、イオン伝導性ガラスにおける可動イオンの拡散パスや、ガラス中の不均一構造の可視化が可能なことを確認した。特に、イオン伝導性ガラスにおいて、異常散乱データを加えることで可動イオンの位置決定精度が格段に向上し、可動イオン同士が近距離に隣接し協同的に移動する伝導メカニズムを支持する極めて重要な構造知見が得られつつある。これと同時に、不規則性とイオン輸送に関する理論的解釈の検討を開始し、精密構造情報と伝導性を関連づける理論の構築に着手した。これらの結果は、国内外の学会等で発表を行っている。

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

本研究を推進する上で要となる試料作成環境整備、X線異常散乱実験環境整備が順調に進んでいる。また、各種量子ビーム実験データを用いた精密三次元構造モデリングの構築に着手し、すでにイオン伝導性物質系における可動イオン周囲の構造情報や、ガラスにおける中距離秩序構造情報の抽出において重要な進展があった。さらに、不規則性とイオン輸送の関連に関する理論の構築を開始している。

今後の研究の推進方策

29年度中に、輸送特性の精密評価を進めながら、研究対象系に対する本格的な精密量子ビーム実験を実施する。メカニカルミリングにより伝導性を制御した試料に対するX線異常散乱実験、中性子散乱実験、XAFS実験を行う。すでに、すべての計画実験の課題がSPring-8やJ-PARC、PF-KEKで採択されており、順次実験を推進する。その上で、それらの精密構造データを用いた本格的な進化型三次元構造モデリングに着手する。イオン伝導経路の可視化に有効な解析手法を確立する。これと並行して、不規則性とイオン輸送に関する理論再構築を本格的に進める。得られた結果を取りまとめ、学会発表や論文発表を行う。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 10件、 招待講演 9件)

  • [国際共同研究] リトラル大学/レンヌ第1大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      リトラル大学/レンヌ第1大学
  • [国際共同研究] ハンガリー科学アカデミー(ハンガリー)

    • 国名
      ハンガリー
    • 外国機関名
      ハンガリー科学アカデミー
  • [国際共同研究] タンペレ工科大学(フィンランド)

    • 国名
      フィンランド
    • 外国機関名
      タンペレ工科大学
  • [学会発表] 金属硫化物系イオン伝導ガラスNa2S-Al2S3の創製と構造研究2017

    • 著者名/発表者名
      小野寺陽平、出島一仁、福永俊晴
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2017年年会
    • 発表場所
      日本大学(東京都・千代田区)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-19
  • [学会発表] 超イオン導電体と構造不規則系の基礎物性:ノンオーソドックスな観点からの理解2016

    • 著者名/発表者名
      安仁屋 勝
    • 学会等名
      高知工科大学総合研究所構造ナノ化学研究室特別講演会
    • 発表場所
      高知工科大学(高知県・香美市)
    • 年月日
      2016-12-20 – 2016-12-20
    • 招待講演
  • [学会発表] AgI添加カルコゲナイドガラスのイオン輸送経路の可視化2016

    • 著者名/発表者名
      一條泰也、臼杵 毅
    • 学会等名
      第42回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-12-05 – 2016-12-07
  • [学会発表] 差分PDF解析によるガラスセラミックス固体電解質中のガラス構造解析2016

    • 著者名/発表者名
      尾原幸治, 塩谷真也
    • 学会等名
      第42回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-12-05 – 2016-12-07
  • [学会発表] Non-Arrhenius Ionic Conductivity of Solid Electrolytes: A Theoretical Model2016

    • 著者名/発表者名
      Maseru Aniya, Yohei Okada, Masahiro Ikeda
    • 学会等名
      12th IUPAC International Conference on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XII)
    • 発表場所
      Changsha (China)
    • 年月日
      2016-10-14 – 2016-10-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Topological ordering in structurally disordered materials2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Usuki
    • 学会等名
      Workshop on physics and chemistry in solid state ionics, Universite de Rennes 1
    • 発表場所
      Rennes (France)
    • 年月日
      2016-09-16 – 2016-09-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Topological ordering in structurally disordered materials2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Usuki
    • 学会等名
      Workshop on amorphous and partially ordered solids, Universite du Littoral-Cote d’Opale
    • 発表場所
      Dunkerque (France)
    • 年月日
      2016-09-12 – 2016-09-12
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Transport properties and structural features in noble metal ion solid electrolytes2016

    • 著者名/発表者名
      H. Ichijo, R. Kanno, R. Shikanai, T. Usuki, Y. Kameda, Y. Amo
    • 学会等名
      平成28年度化学系学協会東北大会
    • 発表場所
      いわき明星大学(福島県・いわき市)
    • 年月日
      2016-09-10 – 2016-09-11
  • [学会発表] メカニカルアロイング法によって作製したアモルファスP2S5の構造2016

    • 著者名/発表者名
      小野寺陽平、小原真司、森一広、福永俊晴
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学(広島県・東広島市)
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [学会発表] Structure modeling of AlAg-doped CuZr bulk metallic glasses2016

    • 著者名/発表者名
      T. Usuki, T. Nasu, W. Zhang
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Liquid and Amorphous Metals
    • 発表場所
      Bonn-Bad Godesberg (Germany)
    • 年月日
      2016-09-05 – 2016-09-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Ionic conductivities of molten CuI-AgI mixtures2016

    • 著者名/発表者名
      S. Tahara, H. Shimakura, S. Ohno, and T. Fukami
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Liquid and Amorphous Metals
    • 発表場所
      Bonn-Bad Godesberg (Germany)
    • 年月日
      2016-09-05 – 2016-09-09
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural features of Li2S-P2S5 glassy electrolyte2016

    • 著者名/発表者名
      K. Ohara, A. Mitsui, M. Mori, Y. Onodera, S. Shiotani, Y. Koyama, Y. Orikasa, M. Murakami, K. Shimoda, K. Mori, T. Fukunaga, H. Arai, Y. Uchimoto, and Z. Ogumi
    • 学会等名
      EMN Meeting on Power Sources
    • 発表場所
      Bali (Indonesia)
    • 年月日
      2016-08-02 – 2016-08-06
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of Gruneisen Parameters of Ionic Conductors2016

    • 著者名/発表者名
      Eita Tirano, Masaru Aniya
    • 学会等名
      Collaborative Conference on 3D and Materials Research (CC3DMR) 2016
    • 発表場所
      Seoul (South Korea)
    • 年月日
      2016-06-20 – 2016-06-24
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] AgI-As2Se3ガラスの構造と高イオン伝導性2016

    • 著者名/発表者名
      一條泰也、臼杵 毅
    • 学会等名
      第19回超イオン導電体物性研究会
    • 発表場所
      山形テルサ(山形県・山県市)
    • 年月日
      2016-06-09 – 2016-06-10
  • [学会発表] ガラス電解質Li2S-P2S5内のリチウムイオン伝導2016

    • 著者名/発表者名
      尾原幸治, 三井昭男, 森正弘, 小野寺陽平, 塩谷真也, 小山幸典, 折笠有基, 村上美和, 下田景士, 森 一広, 福永俊晴, 荒井 創, 内本 喜晴, 小久見 善八
    • 学会等名
      第19回超イオン導電体物性研究会
    • 発表場所
      山形テルサ(山形県・山県市)
    • 年月日
      2016-06-09 – 2016-06-10
  • [学会発表] 超イオン伝導ガラスNa2S-P2S5の伝導特性と構造2016

    • 著者名/発表者名
      小野寺陽平、中島広志、大友季哉、福永俊晴
    • 学会等名
      第19回超イオン導電体物性研究会
    • 発表場所
      山形テルサ(山形県・山県市)
    • 年月日
      2016-06-09 – 2016-06-10
  • [学会発表] A comparative Study of Molecular Motion Cooperativity in Polymeric and Metallic Glass Forming Liquids2016

    • 著者名/発表者名
      Masaru Aniya, Masahiro Ikeda, Sahara
    • 学会等名
      International Conference on Processing & Manufactiring of Advanced Materials (THERMEC 2016)
    • 発表場所
      Graz (Austria)
    • 年月日
      2016-05-29 – 2016-06-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural study of the electrolyte material Li2S-P2S5 glasses at SPring-82016

    • 著者名/発表者名
      K. Ohara, A. Mitsui, M. Mori, Y. Onodera, S. Shiotani, Y. Koyama, Y. Orikasa, M. Murakami, K. Shimoda, K. Mori, T. Fukunaga, H. Arai, Y. Uchimoto, and Z. Ogumi
    • 学会等名
      International Conference on Processing & Manufactiring of Advanced Materials (THERMEC 2016)
    • 発表場所
      Graz (Austria)
    • 年月日
      2016-05-29 – 2016-06-03
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structure and ionic conductivity of Na-P-S superionic conductors by neutron and X-ray scattering2016

    • 著者名/発表者名
      Yohei Onodera, Hiroshi Nakashima, Toshiya Otomo, Toshiharu Fukunaga
    • 学会等名
      International Conference on Processing & Manufactiring of Advanced Materials (THERMEC 2016)
    • 発表場所
      Graz (Austria)
    • 年月日
      2016-05-29 – 2016-06-03
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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