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2022 年度 実績報告書

不規則性が加速する固体内高速イオン伝導機構の解明と革新的材料創製への展開

研究課題

研究課題/領域番号 20H02430
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 尾原 幸治  公益財団法人高輝度光科学研究センター, その他部局等, 副主席研究員 (00625486)
安仁屋 勝  熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (30221724)
笠松 秀輔  山形大学, 理学部, 准教授 (60639160)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードイオン伝導性ガラス / 固体イオニクス / 量子ビーム / 構造不規則性 / イオン伝導経路
研究実績の概要

室温において高イオン伝導性をもつガラスは、液漏れのない二次電池などの次世代電気化学デバイスの完全固体化において鍵を握る材料である。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と大規模量子計算シミュレーションを駆使することにより、ガラ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。さらに、不規則性の度合いと電子状態および拡散能向上をつなぐ輸送理論の再構築を通して、ガラス系において不規則性が加速するイオン伝導機構の全容を解明し、革新的イオン伝導材料の創製へと展開をはかることを目的とする。2022年度は、(1)ガラス化進行過程におけるイオン伝導性および熱物性変化の精密物性測定、(2)各種の量子ビーム実験データを用いた不規則構造解析、(3)第一原理分子動力学計算を実行した。(1)では、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・電子伝導の分離測定、イオン伝導度が顕著に変化する現象に伴う熱物性測定を実施した。(2)では、SPring-8で得られた回折実験及びX線異常散乱実験データ、KEK-PFで得られたXAFS実験データ、J-PARCで得られた中性子線回折実験データを全て用いた逆モンテカルロ法による精密三次元構造の導出を行なった。並行して(3)では、対象ガラス系に対する第一原理分子動力学計算を進め、可動イオンの配位環境と拡散に関する情報の理論的導出を実施した。いずれにおいても、ガラス化に伴う高イオン伝導性の発現とそれに伴うイオン伝導発現に直結する重要な基礎知見が得られた。実験結果の精査を行う中で、不規則性とイオン輸送に関する結合ゆらぎモデル理論との対応を検討した。これらの結果は、国内外の学会等で発表を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (34件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 5件、 査読あり 14件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] リトラル大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      リトラル大学
  • [国際共同研究] バース大学(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      バース大学
  • [雑誌論文] Glassy and liquid Sb2S3: insight into the structure and dynamics of a promising functional material2023

    • 著者名/発表者名
      Kassem Mohammad、Benmore Chris J.、Tverjanovich Andrey、Usuki Takeshi、Khomenko Maxim、Fontanari Daniele、Sokolov Anton、Ohara Koji、Bokova Maria、Kohara Shinji、Bychkov Eugene
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 11 ページ: 4654~4673

    • DOI

      10.1039/d3tc00081h

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Transient Mesoscopic Immiscibility, Viscosity Anomaly, and High Internal Pressure at the Semiconductor-Metal Transition in Liquid Ga2Te32022

    • 著者名/発表者名
      Kassem Mohammad、Benmore Chris J.、Usuki Takeshi、Ohara Koji、Tverjanovich Andrey、Bokova Maria、Brazhkin Vadim V.、Bychkov Eugene
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 13 ページ: 10843~10850

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.2c02899

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural Analysis of Amorphous GeO2 under High Pressure Using Reverse Monte Carlo Simulations2022

    • 著者名/発表者名
      Matsutani Kenta、Yamauchi Asumi、Kasamatsu Shusuke、Usuki Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 91 ページ: 124601

    • DOI

      10.7566/JPSJ.91.124601

    • 査読あり
  • [雑誌論文] イオン伝導性ガラス材料における不規則性導入と輸送特性との相関2022

    • 著者名/発表者名
      臼杵 毅、一條 泰也、尾原 幸治、小野寺 陽平
    • 雑誌名

      SPring-8/SACLA利用研究成果集

      巻: 10 ページ: 414~417

    • DOI

      10.18957/rr.10.5.414

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure of molten NaCl and the decay of the pair-correlations2022

    • 著者名/発表者名
      Zeidler Anita、Salmon Philip S.、Usuki Takeshi、Kohara Shinji、Fischer Henry E.、Wilson Mark
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 157 ページ: 094504~094504

    • DOI

      10.1063/5.0107620

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Chemically-invariant percolation in silver thioarsenate glasses and two ion-transport regimes over 5 orders of magnitude in Ag content2022

    • 著者名/発表者名
      Zaiter Rayan、Kassem Mohammad、Fontanari Daniele、Bokova Maria、Cousin Fabrice、Usuki Takeshi、Bychkov Eugene
    • 雑誌名

      Journal of Non-Crystalline Solids

      巻: 584 ページ: 121513~121513

    • DOI

      10.1016/j.jnoncrysol.2022.121513

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Unexpected role of metal halides in a chalcogenide glass network2022

    • 著者名/発表者名
      Zaiter Rayan、Kassem Mohammad、Fontanari Daniele、Sokolov Anton、Usuki Takeshi、Bokova Maria、Hannon Alex C.、Benmore Chris J.、Cousin Fabrice、Ozheredov Ilya、Bychkov Eugene
    • 雑誌名

      Materials & Design

      巻: 216 ページ: 110547~110547

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2022.110547

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] イオン導電性カルコゲナイドガラス2022

    • 著者名/発表者名
      安仁屋勝, 臼杵毅
    • 雑誌名

      固体物理

      巻: 57 ページ: 21~33

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A model for the particle size dependence of the ionic conductivity2022

    • 著者名/発表者名
      Hagihara K.、Aniya M.
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 2440 ページ: 030002

    • DOI

      10.1063/5.0075028

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Particle size and dimensionality dependence of the Gruneisen parameter2022

    • 著者名/発表者名
      Murata K.、Aniya M.
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 2440 ページ: 030004

    • DOI

      10.1063/5.0075031

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Correlating the Annealing Temperature Dependence of the Structural Inhomogeneity and the Diffusion in Zr-Ti-Cu-Ni-Be Glassy System2022

    • 著者名/発表者名
      Aniya Masaru
    • 雑誌名

      Solid State Phenomena

      巻: 330 ページ: 11~15

    • DOI

      10.4028/p-m5a30s

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Network Relaxation and Cooperativity in Ion Conducting Polymers PEO-Li: An Analysis Based on the BSCNF Model2022

    • 著者名/発表者名
      Aniya Masaru、Ikeda Masahiro
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 1059 ページ: 129~134

    • DOI

      10.4028/p-279msx

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical Dielectric Constant and Electronegativity Difference in ANB8-N Type Binary Compounds2022

    • 著者名/発表者名
      Aniya Masaru、Noda Hiroyuki
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 927 ページ: 167~171

    • DOI

      10.4028/p-00inyj

    • 査読あり
  • [雑誌論文] An extended theory of vacancy formation and its application to ionic conduction in the intrinsic and extrinsic regions2022

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Masahiro、Aniya Masaru
    • 雑誌名

      Philosophical Magazine

      巻: 103 ページ: 101~118

    • DOI

      10.1080/14786435.2022.2129111

    • 査読あり
  • [学会発表] 機械学習力場による高圧GeO2ガラスの密度汎関数依存性と構造解析2023

    • 著者名/発表者名
      松谷健太, 笠松秀輔, 臼杵毅
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2023年年会
  • [学会発表] Network Relaxation in Ion Conducting Polymers: A Study based on the BSCNF Model2023

    • 著者名/発表者名
      Masaru Aniya and Masahiro Ikeda
    • 学会等名
      7th International Conference on Advances in Functional Materials
  • [学会発表] Mechanism of Ionic Conduction in AgI-based Superionic Conducting Glasses: A Relation between Charge Carrier Concentration and Mobility of Ions2023

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Ikeda and Masaru Aniya
    • 学会等名
      4th Edition of International Conference on Materials Science and Engineering
  • [学会発表] アモルファスイオン導電体における緩和のデカップリング II2023

    • 著者名/発表者名
      安仁屋勝、池田昌弘
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] コンポジット固体電解質における外因性イオン伝導と欠陥形成機構2023

    • 著者名/発表者名
      池田昌弘、安仁屋勝
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] AgI-Ag2MO4 (M = Mo, W)系のガラス化進行に伴うイオン伝導性の発現III2022

    • 著者名/発表者名
      奈良大地, 笠松秀輔, 臼杵毅
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] ハロゲン化銀-炭酸銀混合系の輸送特性2022

    • 著者名/発表者名
      立川翔太, 笠松秀輔, 臼杵毅
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] Training a neural network potential on beyond-semilocal functionals: application to investigation of intermediate-range order in amorphous GeO22022

    • 著者名/発表者名
      Kenta MATSUTANI, Shusuke KASAMATSU and Takeshi USUKI
    • 学会等名
      Psi-k conference
    • 国際学会
  • [学会発表] GeO2 glass structure from neural network potential molecular dynamics -dependence of intermediate-range order on density functional approximation2022

    • 著者名/発表者名
      Kenta MATSUTANI, Shusuke KASAMATSU and Takeshi USUKI
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Liquid and Amorphous Metals
    • 国際学会
  • [学会発表] Ionic Conductivity across the Glass Transition in AgI-based Superionic Conducting Glasses: Nonlinear Coupling between Charge Carrier Concentration and Mobility2022

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Ikeda and Masaru Aniya
    • 学会等名
      The 3rd International Congress on Advanced Materials Sciences and Engineering
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Studying the Relation between the Optical and Atomic Transport Properties in Ionic Conductors2022

    • 著者名/発表者名
      Masaru Aniya and Shosuke Ikeda
    • 学会等名
      7th International Conference on Functional Materials and Devices
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Breakdown of the Stokes-Einstein Law in AgI-AgPO3 and M-PO3 (M = Mg, Ca, Sr, Ba) Melts2022

    • 著者名/発表者名
      Masaru Aniya, Kotaro Noguchi and Masahiro Ikeda
    • 学会等名
      The 15th Asia Pacific Physics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] アモルファスイオン導電体における緩和のデカップリング2022

    • 著者名/発表者名
      安仁屋勝、池田昌弘
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] AgIを基にした超イオン導電ガラスにおける可動イオンの濃度と易動度の関係2022

    • 著者名/発表者名
      池田昌弘、安仁屋勝
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] Ionic Conductivity, Fragility and Cooperativity in Structurally Disordered Materials: A Study based on the BSCNF Model2022

    • 著者名/発表者名
      Masaru Aniya and Masahiro Ikeda
    • 学会等名
      17th Asian Conference on Solid State Ionics
  • [学会発表] Bulk Modulus of Ionic Conductors: A Study based on a Microscopic Empirical Model2022

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Iikawa and Masaru Aniya
    • 学会等名
      The 6th International Conference on Materials Engineering and Nanotechnology
  • [学会発表] AgIを基にした超イオン導電ガラスのイオン伝導度:可動イオンにおける濃度と易動度の非線形連結2022

    • 著者名/発表者名
      池田昌弘、安仁屋 勝
    • 学会等名
      第128回日本物理学会九州支部例会
  • [学会発表] 超イオン導電体のゼーベック係数:結合揺らぎモデルの観点から2022

    • 著者名/発表者名
      安仁屋勝
    • 学会等名
      第48回固体イオニクス討論会

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公開日: 2023-12-25  

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