固体中の欠陥ダイナミクスと劣化機構を発現する新しい分子計算モデリング

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23760087
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 原 祥太郎 東京大学, 生産技術研究所, 特任講師 (10401134)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 計算物理 / ナノ材料 / 材料強度 / 分子動力学 / 拡散 / 固体酸化物形燃料電池

研究概要

本研究では，従来の分子動力学法の時間スケールでは追従できなかった，ゆっくりとした原子空孔拡散現象を解明可能とするレアイベント計算技術を開発した．開発した技術を固体酸化物形燃料電池の劣化現象と深く関連する電解質材料の自己拡散現象に展開し，電池の作動温度でのカチオン拡散の活性化パラメータの導出に成功した．また，得られた活性化パラメータをKinetic Monte Carlo法の入力値に用いることで，電解質中におけるカチオンの自己拡散係数を予測し，その妥当性を示した．

研究成果

• [雑誌論文] Monte Carlo study on the constraint effect of YSZ phase on Ni sintering in Ni-YSZ composite system (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Hara, K. Shikata, N. Shikazono, S. Izumi and S. Sakai
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: vol. 57, No. 1 ページ: 2857-2863
  • 査読あり
• [学会発表] 固体欠陥ダイナミクスとSOFC電極構造変化の予測に向けたナノ・メゾスケール解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 原祥太郎
  • 学会等名: 日本コンピューター化学会2013秋季年会
  • 発表場所: 九州大学(招待)
  • 年月日: 2013-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] Atomistic study on self-diffusion properties of cation in yttria-stabilized zirconia (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Hara, S. Izumi and S. Sakai
  • 学会等名: ISSM SOFC 2013
  • 発表場所: The University of Tokyo, Tokyo
  • 年月日: 2013-03-11
• [学会発表] 固体酸化物形燃料電池燃料極の構造変化に関するナノ・メゾスケール解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 原祥太郎,四方健太郎,鹿園直毅,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 日本機械学会第4回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: 北九州国際会議上
  • 年月日: 2012-10-22
• [学会発表] Activation entropy and compensation rule for defect migration and nucleation : an atomistic study (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hara, S. Izumi, S. Sakai
  • 学会等名: International Conference Multiscale Materials Modeling MMM2012
  • 発表場所: Singapore SINGAPORE
  • 年月日: 2012-10-16
• [学会発表] Atomistic study on cation diffusion of electrolyte in solid oxide fuel cell (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Hara, H. Kimura, S. Izumi and S. Sakai
  • 学会等名: International Conference on Electronic Materials (IUMRS-IUMRS 2012)
  • 発表場所: Pacifico Yokohama, Yokohama, Japan
  • 年月日: 2012-09-23
• [学会発表] 固体中の欠陥挙動を支配する活性化パラメータ間の関係性の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 原祥太郎,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第17回分子動力学シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所
  • 年月日: 2012-06-05
• [学会発表] 高温クリープボイド発生機構解明に向けたFe粒界拡散のKMCモデリング (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中雅浩,原祥太郎,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第17回分子動力学シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所
  • 年月日: 2012-06-05
• [学会発表] YSZ中のカチオンモビリティに関する原子スケール解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 原祥太郎,木村浩明,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第85回SOFC研究会
  • 発表場所: 笹川記念会館
  • 年月日: 2011-12-12
• [学会発表] Atomistic modeling of cation and anion migration in yttria-stabilized zirconia (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Hara, H. Kimura, S. Izumi, S. Sakai
  • 学会等名: 2011 Fall MRS meeting
  • 発表場所: Boston USA
  • 年月日: 2011-11-28
• [学会発表] 固体酸化物形燃料電池用材料における陽イオン拡散の原子シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 原祥太郎,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第24回計算力学講演会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-10-08
• [学会発表] SOFC電解質における酸素イオンの拡散過程の原子シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村浩明,原祥太郎,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第3回マイクロナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2011-09-26
• [学会発表] 固体酸化物形燃料電池用電解質材料におけるイオン輸送に関する原子スケールモデリング (2011)
  • 著者名/発表者名: 原祥太郎,木村浩明,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第3回マイクロナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀
  • 年月日: 2011-09-26
• [学会発表] 空孔拡散挙動と温度・応力場に依存した活性化パラメータとの相関評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 原祥太郎,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第16回分子動力学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2011-05-23
• [学会発表] SOFC燃料極中におけるNi-ガス系の分子動力学ポテンシャルの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 稲葉翔,原祥太郎,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第16回分子動力学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2011-05-23
• [学会発表] SOFC電解質における酸素イオンの拡散過程の原子シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 木村浩明,原祥太郎,泉聡志,酒井信介
  • 学会等名: 第16回分子動力学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2011-05-23
• [備考] 2012年度日本材料学会第17回分子動力学シンポジウム一般部門優秀講演賞受賞