| 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年度に続き，コロナ禍の影響で部品購入の遅れや値上がりなどで，最初計画していた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の構築を予定通りに進めることができなかった。幸いに，予定の測定システムの構築を模索する中，インピーダンス測定に関する試料の固定・加熱，データ収集プログラムなどを改良し，今後研究の促進に役に立つことができる。また，前年度の研究を継続し，Wの置換による相変化を重点的に結晶構造解析を行い，相変化の実態，過程を明らかにしてきた。その他に，6価の陽イオンを Mo(VI)にして試料の合成も初めた。今年度の研究で以下のことを明確にした。
１）W置換によって高温のシーライト相が室温で単相で得られる希土類ニオブ酸塩の組成範囲（LnNb1-xWxO4+δ(Ln＝Nd, Sm, Eu, Gd，x＞＝0.3)）を明確にした。未置換よりW 置換試料の伝導率は著しく向上し，いずれの希土類イオンにおいてもW 置換量 0.2 の試料のイオン伝導率が最大となり，置換量をさらに増やすと徐々に減少傾向があった。
２）今まで少量のW置換試料の結晶構造は低温相（単斜晶フルグスナイト相）と高温相（正方晶シーライト相）の2相共存と認識したが，2相解析がうまくできなかった。そこで，高温相の回折ピークには正方晶と相変化途中の単斜晶（βが90°に近い）の二相が含まれていると考え，3相のRietveld解析を試みた。その結果，S値は2.8から1.7に改善され，W置換による相転移は中間の単斜晶系相を通して進んでいる新知見を得た。
３）Mo置換による新規シーライト型酸化物イオン伝導体NdNb1-xMoxO4+σ(0≦x≦1.0)の合成を試み，Mo置換量0.3，0.4の試料は室温で単相のシーライト型構造となった。W置換試料と同様にMoの置換試料も未置換試料より二桁以上のイオン伝導率の上昇が見られた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度に予定している試料の合成とW置換試料の結晶構造変化の過程の解明を進めていたが，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のみが遅れている。その理由は，最初計画した案は実際に取り込むとかなりの金額が必要となり，初年度の費用が足りないのみでなく，全部の経費を合わせても足りないことが判明した。酸素分圧制御の部分を割愛して，新たに改良した酸化物イオン伝導測定システムの構築を検討していましたが，コロナ禍の影響もあり，設計や部品の作製，購入など遅れ，完了できなかった。次年度には完成する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
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過程の解明，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中心に研究していく。
１）WやMoによるNb置換のネジウムニオブ酸塩の中性子構造解析を行い，試料中の過剰酸素の位置を突き止める。過剰酸素とNb，W（またはMo）の配位関係を解明し，結晶構造とイオン伝導性の関連を明らかにし，W（またはMo）の置換による相転移のメカニズムを究明する。
２）Moまたは他の６価の陽イオンによるNbの置換試料の合成を行い，系統的に希土類ニオブ酸塩の結晶構造とイオン伝導性を評価する。
３）3年目に入り，今までの研究成果をまとめて発信を努める。
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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，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変更したため，備品の購入費用がほとんど発生しなかった。また，他の学校や研究機関での測定や打合せ（検討会）がほとんど自粛状態となり，学会発表も全てオンラインになっていたため，出張旅費もゼロになっていた。
次年度には，今までに遅れた分を優先的に行い，それに伴って次年度には系統的にW以外の６価の陽イオンによるNbの置換試料を合成し，得られた物質の結晶構造とイオン伝導性を評価し，再検討のイオン伝導測定システムの完了と今年度で得られたシーライト相生成のメカニズムの再認証を行う。そのためには，試薬や合成に関わる必要品の購入，イオン伝導測定システムの必要品の購入に経費を使用する。また，今までできなかった中性子回折測定や，対面の国際学会の参加などを積極的に進み，測定装置の利用費や，学会の参加費と出張費も計上する。
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