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2020 年度 実績報告書

強弾性・混合伝導性酸化物におけるドメイン壁移動とイオン拡散の連成挙動の解明と制御

研究課題

研究課題/領域番号 17H03407
研究機関埼玉大学

研究代表者

荒木 稚子  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40359691)

研究分担者 佐藤 一永  東北大学, 工学研究科, 准教授 (50422077)
荒居 善雄  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (70175959)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード強弾性 / イオン伝導
研究実績の概要

本研究では,イオニクスデバイスに使用されるイオン伝導性およびイオン・電子混合伝導性ペロブスカイト型酸化物について,その力学的挙動(特に強弾性をはじめとした擬弾性挙動)とイオン挙動(特に欠損・拡散)の詳細,さらにそれらの相関を明らかにすることを目的とした.以下に,得られた成果を示す.まず強弾性ミクロ評価方法について検討を行った.有限要素解析の結果より,ナノインデンテーションにより挙動予測が可能であることを明らかにし,評価方法を提案した.一方実験より,現状装置の変位分解能では精確な評価が難しいことを示した上で,評価に必要な条件を示した.試料の準備条件(温度・応力・分圧等)によって,強弾性ドメイン構造・挙動を制御することに成功した.強弾性とともに強磁性特性が変化することや酸素欠損を不均一に導入することにより試料が自発的に破壊することを示した.分子動力学解析により,ペロブスカイトの酸素八面体の不規則配列が,力学的挙動に影響を与えることを示した.電子ブロック電極・クーロン滴定法を用い,高温・応力下において酸素欠損量の変化を測定する手法を確立し,相関を示す式を提案した.同様の試験片を用い,直流分極法によるイオン伝導評価を試みたが,本手法での評価は難しいことを明らかにした上で緩和法の可能性を示した.一方,応力負荷により界面イオン伝導が格段に向上することを明らかにした.さらにリチウムイオン伝導性を有するペロブスカイト型酸化物のドメイン構造と擬弾性挙動を確認し,両者の相関を明らかにした.熱機械特性とイオン拡散挙動に密接な相関があることも明らかにした.分子動力学解析を用いて,リチウムイオンの構造秩序と拡散挙動の関係を示した.さらにドメイン構造を有するイオン伝導性酸化物モデルの作成に成功し,力学的異方性や拡散挙動におよぼすドメイン壁の影響を明らかにした.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Juelich Forschungszentrum/RWTH AACHEN UNIVERSITY(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Juelich Forschungszentrum/RWTH AACHEN UNIVERSITY
  • [国際共同研究] University of Chile/University of Central Florida(チリ)

    • 国名
      チリ
    • 外国機関名
      University of Chile/University of Central Florida
  • [国際共同研究] Rajshahi Univ of Eng & Tech(バングラデシュ)

    • 国名
      バングラデシュ
    • 外国機関名
      Rajshahi Univ of Eng & Tech
  • [雑誌論文] A study of forming of thin-walled hemispheres by mandrel-free spinning of commercially pure aluminum tubes2021

    • 著者名/発表者名
      Roy Biplov Kumar、Korkolis Yannis P.、Arai Yoshio、Araki Wakako、Iijima Takafumi、Kouyama Jin
    • 雑誌名

      Journal of Manufacturing Processes

      巻: 64 ページ: 306~322

    • DOI

      10.1016/j.jmapro.2020.12.036

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Room Temperature Ferroelastic Creep Behavior of Porous (La0.6Sr0.4)0.95Co0.2Fe0.8O3-δ2020

    • 著者名/発表者名
      Arnauda Barbara、Akbari-Fakhrabadi Ali、Orlovskaya Nina、Meruane Viviana、Araki Wakako
    • 雑誌名

      Processes

      巻: 8 ページ: 1346~1346

    • DOI

      10.3390/pr8111346

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Experimental and numerical investigation of deformation characteristics during tube spinning2020

    • 著者名/発表者名
      Roy Biplov Kumar、Korkolis Yannis P.、Arai Yoshio、Araki Wakako、Iijima Takafumi、Kouyama Jin
    • 雑誌名

      The International Journal of Advanced Manufacturing Technology

      巻: 110 ページ: 1851~1867

    • DOI

      10.1007/s00170-020-05864-z

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lifetime estimation of Cr2AlC MAX phase foam based on long-term oxidation and fracture mechanisms2020

    • 著者名/発表者名
      Araki Wakako、Matsumoto Asato、Arai Yoshio、Yamada Noriyasu、Malzbender Juergen、Gonzalez-Julian Jesus
    • 雑誌名

      Materialia

      巻: 12 ページ: 100718~100718

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2020.100718

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Thermo-mechanical behaviours of Li3La1/3-MO3 (M = Ta and Nb)2020

    • 著者名/発表者名
      Araki Wakako、Nagakura Yasuhiro、Arai Yoshio
    • 雑誌名

      Ceramics International

      巻: 46 ページ: 6270~6275

    • DOI

      10.1016/j.ceramint.2019.11.097

  • [学会発表] Compressive Strength of Cr2AlC Composites2021

    • 著者名/発表者名
      Koki Okada, Wakako Araki, Teresa Go, and J. Gonzalez-Julian
    • 学会等名
      The 7th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
    • 国際学会
  • [学会発表] Domain Structure and Mechanical Properties of La2/3-xLi3xTiO32021

    • 著者名/発表者名
      Kiminori Saito and Wakako Araki
    • 学会等名
      The 7th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-linear Elastic Mechanical Property of Li3xLa1/3-xNbO32021

    • 著者名/発表者名
      Tasnuva Tabashhum Choudhury, Wakako Araki, Noriyasu Yamada, and Yoshio Arai
    • 学会等名
      The 7th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
    • 国際学会
  • [学会発表] レーザー超音波法による厚さと弾性係数の非破壊同時測定2020

    • 著者名/発表者名
      梁しん,荒居善雄,荒木稚子,山田典靖
    • 学会等名
      日本機械学会 第28回機械材料・材料加工技術講演会 M&P 2020
  • [学会発表] タイプⅢFW 複合圧力容器のドーム部剛性が CFRP 層の応力に及ぼす影響2020

    • 著者名/発表者名
      須永聖,荒居義雄,荒木稚子,山田典靖
    • 学会等名
      日本機械学会 第28回機械材料・材料加工技術講演会 M&P 2020
  • [図書] 楽しく学ぶ 破壊力学2020

    • 著者名/発表者名
      成田 史生、大宮 正毅、荒木 稚子
    • 総ページ数
      144
    • 出版者
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254231489

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公開日: 2021-12-27  

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