2023 Fiscal Year Annual Research Report
社会実装に向けた超秩序構造物質ライブラリーに基づく合成プロセス開発
| Project Area | Progressive condensed matter physics inspired by hyper-ordered structures |
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20H05880
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
脇原 徹 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70377109)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増野 敦信 京都大学, 工学研究科, 特定教授 (00378879)
北村 尚斗 東京理科大学, 創域理工学部先端化学科, 准教授 (10453812)
小野 円佳 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (20865224)
伊與木 健太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (50782174)
若林 整 東京工業大学, 工学院, 教授 (80700153)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 超秩序構造 / 蓄電材料 / ガラス / 半導体 / ゼオライト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウムイオン電池の負極材料としてTiNb2O7などの材料に注目し、負極特性の向上を試みた。In置換により充放電サイクル特性の向上に成功し、In置換体をボールミル処理により微粒子化し、さらに熱処理を行うことで、高容量と優れたサイクル特性の両立を達成した。大型放射光施設での局所構造解析によりVPI-7(VSV 型)ジンコシリケートを代表とするゼオライトの水熱合成時の秩序化過程について考察をおこなった。解析用の装置設計の見直し、合成原料・液組成・反応温度などを調整して対象とするゼオライトの高速合成も併せておこなった。誘導期間における微細構造の形成過程およびゼオライトの結晶化メカニズムについて知見を深めた。散乱の小さいシリカガラスの処理条件を求め、ガラスの構造や特性が処理条件でどのように変化するのかを調査した。圧力範囲、保持時間、処理温度を明らかにし、ファイバ紡糸の適切な条件を求めた。特異な青色を呈するガラスの開発に成功し、Mnの価数や局所構造が一般的なガラスとは異なっていることを明らかにした。希土類-MoO3二元系ガラスの合成に成功し、構造解析の結果から同組成の結晶とほぼ同じ原子配列を有していることを明らかにした。二元系(MgO-SiO2)において,MgO過剰領域において熱伝導率の増加を見出し、ガラス科学の常識とは逆の傾向であった。高い熱伝導ガラスとして熱伝導フィラーへの応用が考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ランダムに分布している不純物や原子配列の不均質性によって材料の機能性は影響を受けることは多い。しかしながら微量のドーパントや空隙構造などの理解は十分ではない。現在、構造・物性・機能の制御が完全に達成できていない材料として、ゼオライト、蓄電池材料、ガラス、半導体材料があげられる。これらの材料群に注目し、超秩序材料の設計による高機能材料の開発とその社会実装へ向けたスケールアップ検討を目的としている。本研究により得られている成果は超秩序構造を有する材料の実用化へ向けて不可欠なものである。さらに、これまで不可能であったゼオライトの組成チューニングの達成・さらなる改良、ガラスの劇的な性能向上といった圧倒的な成果に加え、超秩序構造ライブラリーの構築などがさらに進んだ。また、他班との共同研究も順調に進捗している。以上よりおおむね順調に進展していると評価している。
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| Strategy for Future Research Activity |
以上の成果は、超秩序構造を有する材料の実用化へ向けて不可欠なものである。2023年度の研究成果を基にし、理論班および手法班と連携することにより、より発展させ超秩序構造のライブラリーを作成し、それに基づく超秩序構造に基づいた材料設計、デバイス試作を進める予定である。加えて得られた知見を学術論文や学会発表を通じて成果報告を進めていく。
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