| 研究課題/領域番号 |
17K06802
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
井上 亮太郎 日本大学, 医学部, 准教授 (50397626)
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| 研究分担者 |
岡澤 厚 日本大学, 医学部, 助教 (30568275)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 酸化物 / 還元 |
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| 研究実績の概要 |
平成29年度に、酸化物LiNbO3中にある遷移金属元素Feの価数を低温化学溶液還元によって制御することに成功した。これは当初の予定通りであったが、その過程で予想していなかった実験結果を得た。その原因を考えることによって、還元の制御機構について新しい物理的モデルの確立に成功し、研究計画を前倒しして平成30年度からこの物理的モデルについて論文を投稿する予定を立てた。しかし、粉末粒径のばらつきに起因するデータ解析の定量性に問題が生じ、平成30年度・令和元年度に論文を投稿できなかった。そのため補助事業期間の延長を申請した。問題解決のめどはある程度たったので、令和2年度前半には投稿したいと考えている。
また論文執筆作業と並行して、平成30年度後半から、低温化学溶液還元技術の更なる開発を行った。具体的にはLiNbO3に加えてBiFeO3やBaTiO3粉末を準備し、低温化学溶液還元によってドープしたFeやMnなどの遷移金属元素の価数制御を試みた。どの粉末においても還元には成功したが、まだ系統的な実験結果を得るに至っていない。また電子ドープ系酸化物高温超伝導体の低温化学還元による超伝導転移温度制御も考え、準備を進めていたが、冷凍機の整備に時間がかかってしまった。
Moessbauer分光測定に必要なCo線源の強度が研究開始当初の予想よりも落ちてきているため、今後はESR(電子スピン共鳴)測定なども併用して遷移金属元素の価数決定を行うことを考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
酸化物のモデル材料としてLiNbO3を選び、ドープした遷移金属元素Feの価数制御技術を確立した。具体的には、反応時間・反応温度・ヒドリド還元剤濃度などを系統的に変化させてFe(10 mol%):LiNbO3粉末試料を還元し、Mössbauer分光測定によってFeの平均価数を調べた。十分に時間が経って飽和した時点での[Fe2+]率を還元条件から予想できるようになった。
研究開始当初は、 [Fe2+]率の飽和は表面還元反応の律速過程の切り替わりによって起こっていると考えていた。しかし、試料粉末の粒径によって飽和[Fe2+]率が変化することが明らかになり、「還元によって導入された酸素空孔と電子の拡散が止まっている」という新しい物理モデルを構築するに至った。この物理モデルについての論文投稿を計画したが、試料粉末の粒径のばらつきに起因してデータ解析の定量性に問題が生じ、平成30年度・令和元年度に論文を投稿できず、補助事業期間の延長を申請した。問題解決のめどはある程度立ったので、令和2年度前半は論文投稿に専念する。
また平成30年度後半からLiNbO3に加えてBiFeO3やBaTiO3といった強誘電体酸化物粉末を準備し、複数のヒドリド還元剤を用いて低温化学溶液還元を試みた。どの粉末試料においてもドープしたFe元素の価数変化には成功したが、(1)強還元すると母物質の結晶構造が壊れてしまうことがある、(2)母物質の組成元素のためにMössbauer分光測定によるFeの価数決定が容易でない、などの問題が生じた。また電子ドープ系酸化物高温超伝導体の低温化学還元による超伝導転移温度制御も考え、準備を進めていたが、冷凍機の整備に時間がかかってしまった。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度前半から、論文の執筆・投稿に取り組んでいる。試料粉末の粒径によって飽和[Fe2+]率が変化することから、「還元によって導入された酸素空孔と電子の拡散が止まっている」という新しい物理モデルを構築した。粉末形状を球形と仮定して常微分方程式の境界値問題として定式化したが、数値計算の結果から実験データを定量的に説明することに難航した。原因は粉末試料の粒径のばらつきと酸素空孔の拡散の扱いにあることが分かった。幸い補助事業期間の延長が認められたので、令和2年度前半に論文としてまとめる。
令和2年度後半からは、酸化物全般の低温還元技術というより幅広い視点から、ペロブスカイト類似構造を持つ酸化物の低温化学溶液還元を本格的に行う。ペロブスカイト類似構造を持つ酸化物では、擬酸素八面体構造の中心にある金属元素によって還元のしやすさが変わってくると予想される。当初の計画していた遷移金属二元酸化物の還元は、通常のプロセスでは実現できない結晶構造を実現できる可能性があるが、かなり挑戦的な課題であるので期間内の遂行が難しいと判断した。
また低温化学還元技術としての応用可能性のデモンストレーションとして、電子ドープ型酸化物高温超伝導体を焼成し、還元処理による超伝導転移温度制御を試みる。冷凍機の整備は完了した。還元後の粉末試料をペレット化して電気抵抗測定用の端子づけをするのが難しそうなので、交流磁化測定による転移温度測定を考えている。
研究分担者であった東京大学総合文化研究科の岡澤厚助教が令和2年度から日本大学医学部に異動になった。異動に伴うMössbauer分光測定システムの再整備などが必要になるが、基本的にはより緊密な研究協力体制を構築できると期待している。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成30年度前半から、論文の執筆・投稿に取り組んでいる。研究開始当初は、 [Fe2+]率の飽和は表面還元反応の律速過程の切り替わりによって起こっていると考えていた。しかし、試料粉末の粒径によって飽和[Fe2+]率が変化することが明らかになり、「還元によって導入された酸素空孔と電子の拡散が止まっている」という新しい物理モデルを構築するに至った。粉末形状を球形と仮定して常微分方程式の境界値問題として定式化したが、数値計算の結果から実験データを定量的に説明することに難航した。原因は粉末試料の粒径のばらつきと酸素空孔の拡散の扱いにあることが分かった。幸い補助事業期間の延長が認められたので、令和2年度前半に論文としてまとめる。残金の一部を英文校正と論文投稿の費用にあてる。
令和2年度後半からは、酸化物全般の低温還元技術というより幅広い視点から、ペロブスカイト類似構造を持つ酸化物の低温化学溶液還元を本格的に行う。特に電子ドープ型酸化物高温超伝導体を焼成し、還元処理による超伝導転移温度制御を試みる。冷凍機の整備は完了したが、還元後の粉末試料をペレット化して電気抵抗測定用の端子づけをするのが難しそうなので、交流磁化測定による転移温度測定を考えている。ペロブスカイト類似構造を持つ酸化物の材料および還元剤の試薬代に残金の一部をあてる。
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