| 研究課題/領域番号 |
20K05085
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
単 躍進 宇都宮大学, 工学部, 教授 (20272221)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 酸化物イオン伝導 / 希土類ニオブ酸塩 / ６価陽イオンによる５価ニオブの置換 / シーライト型構造 / 構造相転移 |
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| 研究実績の概要 |
2020年度では，初年度は6価の陽イオンをW6+に限定した試料の合成と高温かつ酸素分圧評価可能な酸化物イオン伝導測定システムの構築を主な研究内容とした。しかし，コロナ禍の影響で計画通りに研究を進められなかった。ただし，ある程度の合成実験とインピーダンス測定に伴って相変化に伴う結晶構造解析を重点的に行い，幾つかの面白い現象を突き止めて，今後の研究に役に立つものを得た。今年度の研究で以下のことが明らかにした。
１）希土類ニオブ酸塩LnNbO4 (Ln:希土類)中の半分のNb5+をW6+で置換し，シーライド相の生成度合いを調べました。Ln = La - Prでは，主に酸化物Ln7Nb3W4O30が生成し，Nd, Sm, Eu, Gdの場合，高温相であるシーライト型酸化物がほぼ単相で得られ，イオン半径の小さいTb - Ybの場合，高温相と不純物(Ln2W3O12)が生成していることが分かり，希土類のイオン半径によって，室温のシーライト相の生成度合いが異なることが明らかとなった。
２）Wの少量置換の試料は，希土類の元素種によらず，高温相の中に低温相が成長していることが今までの認識であったが，Rietveld法による2相解析では，回折ピークの強度が合わなく，うまくフィテングができなかった。回折ピークの幅を丁寧に調べてみると，ピークごとにシャープさが異なっていることが分かった。それは得られた試料の低温相とする部分の空間群が今までのものと異なっているか，試料中クラスターが存在しているかと考えられる。つまり，W置換による相転移は考えほど単純ではなかった。
３）GdNb1-xWxO4系のの成果をまとめて，Solid State Ionicsに論文を投稿・掲載した。
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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
研究が遅れた理由について主に以下の2点からなっています。
１）コロナ禍の影響で，２ヶ月ほど実験が完全にストップされ，予定している放射性元素(Pm)以外の希土類元素とNbからなる希土類ニオブ酸塩LnNbO4 (Ln:希土類)中のNb5+を様々な量のW6+との置換については，今まで成功したGd系試料の再合成（投稿論文のデータ追加を含む）およびNd系の検討など約４割しか完了していなかった。
２）当初の研究計画では，現有のインピータンス測定装置を改良・拡張して高温かつ酸素分圧制御可能な酸化物イオン伝導測定システムを構築する予定だったが，実際に取り込むと今まで立てていた改良案はかなりの金額が必要となり，初年度の費用が足りないことを判明した。これから新たに改良案を検討するが，一年目の研究内容の一つである「酸素分圧制御可能な酸化物イオン伝導測定システムの構築」が完了できなかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の研究でW置換による相転移は単純ではなく，どのようになっているかが明らかにしていなく，本研究の目標である置換による室温シーライト相の生成の解明，また余剰酸素量と酸化物イオン伝導性の相関の検討に直接関係あると考えられている。従って，今後では以下のことを視野に検討していく。
１）希土類ニオブ酸塩LnNbO4 (Ln:希土類)中のNb5+をW6+で置換しているため，過剰酸素の存在による4配位と6配位のNbの混在，ならびに平均構造からずれの可能性もある。NbとWがある程度秩序配列を持っていると思うが，反位相境界を形成することで平均構造からずれている可能性もある。
２）組成がちょっと異なるクラスターが形成されている。
以上のことを視野に，もっと対称性の低い空間群でモデル構造を構築し，粉末XRDで結晶構造解析を試みる。それと同時に，SEM，EDXさらにTEM像などの測定を通して，クラスターの有無を解明し，この相転移の過程を明らかにする。
その他には，遅れていた物質の合成や酸素分圧制御可能なインピータンス測定システムの再検討を進め，研究目標を達成するように努める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究が遅れた理由のところにも述べた通り，コロナ禍の影響で，実験が完全にストップされたり，縮小（新しい実験を行わない）されたりしていた。そのため，新しい物質の合成ができず，新しい試薬，発熱体など試料の合成に関わる必要品の購入費用がほとんど発生しなかった。また，研究のために他の学校での測定や打合せ（検討会）がほとんど自粛状態となり，学会発表もオンラインになっていたので，出張旅費もゼロになっていた。また，酸素分圧制御可能な酸化物イオン伝導測定システムの構築も，予定金額を超えるものとなり，初年度に断念するしかないこととなった。以上のことで次年度使用額が生じることになった。
次年度には，今年度に遅れた分（試料の合成や酸素分圧制御システムの構築）を優先的に行い，それに伴って次年度の計画，酸化物イオン輸率の決定，シーライト相生成メカニズムの解明に進む。そのためには，試薬や合成に関わる必要品の購入，酸素分圧制御可能なイオン伝導測定システムの必要品の購入（測定メータなど）に経費を使用する。また，東北大学や東海大学への透過型電子顕微鏡，高温粉末X線装置の利用，または測定依頼も必要であり，利用費や出張費も計上する。
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