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2022 年度 実施状況報告書

固体電解質への新たな応用展開を生み出すゼオライトバルク体の構造設計と特性評価

研究課題

研究課題/領域番号 22K19089
研究機関熊本大学

研究代表者

松田 元秀  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (80222305)

研究分担者 松田 光弘  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (80332865)
橋新 剛  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (20336184)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
キーワードゼオライト / 固体電解質 / 組織制御
研究実績の概要

研究計画の初年度となる昨年度は、代表的なゼオライトであるA型やX型のゼオライト、それにゼオライトの中でも構造に大きな異方性を有するL型ゼオライトを最初に取り組む研究対象ターゲットゼオライトとし、その配向化実現プロセスならびにその緻密化実現プロセスについて検討を行った。配向化に関しては、以前から注目し予備検討を進めていた磁場配向プロセスが有用であることを明示した。ゼオライトが示すイオン交換性を上手く利用し、磁性希土類イオンならびに磁性3d遷移金属イオンをゼオライト構造のミクロ細孔内に導入することで、それら磁性イオン未導入試料の配向化に対して必要とされる磁場に比べ、きわめて低い強度の磁場を用いたプロセスでL型ゼオライトの配向性を任意に制御できることを見出した。一方、緻密化に関する検討では、水熱ホットプレス法と呼ばれる水熱反応処理中に試料を一軸方向から加圧するプロセスによりゼオライトを緻密化させることができ、95%程度の相対密度を示すA型やX型ゼオライトの作製が可能であることを見出した。微細構造を評価したところ、水熱ホットプレス処理を施すと、粒子界面が判別し難いような組織が形成されることを走査型電子顕微鏡を用いた観察から明らかにした。また、一部の試料の高温での電気的特性を交流二端子法を用いて評価したところ、温度の増加とともに導電率の値は増加し、試料によっては固体電解質への応用上望ましいとされる導電率を示すことを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

代表的なゼオライトであるA型およびX型の緻密体試料を作製することに成功し、その作製試料の相対密度を95%程度まで高めることができたことに加え、磁場配向プロセスを用いて配向性を制御できることを見出し、本研究で目指す「固体電解質への新たな応用展開を生み出すゼオライトバルク体の構造設計」に対し有益な知見を得ているとともにさらに詳細な検討の実施も期待できることから、現在までの進捗状況を(2)おおむね順調に進展していると判断している。

今後の研究の推進方策

今後は、これまでの検討結果を踏まえ、他のゼオライト種にも展開するとともに、これまでに作製した試料を用いて特性評価に注力しながら、固体電解質への新たな応用展開を生み出すゼオライトバルク体の構造設計を行う。

次年度使用額が生じた理由

研究計画では磁気回路を購入する予定にしていたが、現有のより性能が低い磁気装置で昨年度検討した物質に対しては利用できそうな状況であったため、購入することを一時的に留まり、より大きな試料の作製を可能とする回路の導入を計画するとともに、昨年度の成果から様々な物質への展開性が示唆され、今後の研究の進捗を見ながらその展開性を検討する予定である。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Enhanced sodium ion conduction of highly dense bulk zeolite X with translucency prepared by hydrothermal hot-pressing2022

    • 著者名/発表者名
      F. Takumi, R. Yoshida, R. Yoshino and M. Matsuda
    • 雑誌名

      Journal of the European Ceramic Society

      巻: 42 ページ: 3510-3514

    • DOI

      10.1016/j.jeurceramsoc.2022.02.050

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic orientation behavior of L-type zeolite with rare-earth elements under low magnetic field2022

    • 著者名/発表者名
      T. Tabata, A. Nagai and M. Matsuda
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 51 ページ: 9601-9605

    • DOI

      10.1039/D2DT01374F

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] A型ゼオライトの高温・高加湿雰囲気下での電気的特性2023

    • 著者名/発表者名
      上野蓮、永井杏奈、松田元秀
    • 学会等名
      第61回セラミックス基礎科学討論会
  • [学会発表] 3d遷移金属イオン導入L型ゼオライトの磁場配向性2023

    • 著者名/発表者名
      永井杏奈、宗亮佑、志田賢二、鈴木達、松田元秀
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2023年年会
  • [学会発表] ゼオライトX緻密体の作製とその特性2022

    • 著者名/発表者名
      藤井拓海、永井杏奈、松田元秀
    • 学会等名
      無機マテリアル学会 第144回学術講演会
  • [学会発表] 水熱ホットプレスで緻密化させたA型ゼオライトの高イオン伝導特性2022

    • 著者名/発表者名
      木村昇太郎、永井杏奈、松田元秀
    • 学会等名
      第59回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] アナルサイム薄膜の作製とセシウム分離特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      冨吉香理菜、永井杏奈、松田元秀
    • 学会等名
      第59回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] 遷移金属イオンを導入したL型ゼオライトの低磁場配向2022

    • 著者名/発表者名
      宗亮佑、永井杏奈、松田元秀
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第35回秋季シンポジウム
  • [学会発表] 高温高加湿下におけるA型ゼオライトの電気特性2022

    • 著者名/発表者名
      上野蓮、永井杏奈、松田元秀
    • 学会等名
      無機マテリアル学会第145回学術講演会
  • [学会発表] 磁性希土類元素導入によるL型ゼオライトの磁場配向の容易化2022

    • 著者名/発表者名
      永井杏奈、田畑友望、松田元秀
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会2022年度秋季大会
  • [学会発表] イオン交換を利用したL型ゼオライトの組織制御2022

    • 著者名/発表者名
      松田元秀、田畑友望、永井杏奈
    • 学会等名
      2022年度九州支部秋季研究発表会
  • [学会発表] 水熱ホットプレス法によるゼオライトの緻密体作製と電気的特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      木村昇太郎、永井杏奈、松田元秀
    • 学会等名
      第48回固体イオニクス討論会
  • [学会発表] 低磁場配向性を示す遷移金属導入L型ゼオライト2022

    • 著者名/発表者名
      宗亮佑、永井杏奈、志田賢二、鈴木達、松田元秀
    • 学会等名
      第61回セラミックス基礎科学討論会

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公開日: 2023-12-25  

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