量子化学計算による軽元素近傍局所構造解析と材料開発への応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02J01611
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 巽 一厳 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• Keywords: 水素吸蔵合金 / 量子化学計算 / 弾性定数 / サイアロン / X線吸収スペクトル / 固溶体

Research Abstract

実験的手法のみからは知見を得ることが困難である、軽元素や固溶元素を含有する固体材料に対し、原子レベルでの知見を得ることを共通の目的として本研究は行ってきた。量子化学計算と、その計算との直接的な比較が可能な分光学的実験とを、相補的に組み合わせることで以下に示す成果が得られている。
1)LaNi_5水素化物の弾性的性質と化学結合
第一原理バンド計算を用いてLaNi_5およびその水素化物の弾性的性質を調べた。LaNi_5水素化物についてはこれまで実験・計算からその弾性的性質は調べられていない。本研究は、弾性定数を非経験的に求めることが可能な定量的な計算手法を用いることで、LaNi_5水素吸蔵合金の水素化による弾性的性質の変化を初めて評価したものである。、計算より、水素化物では、弾性定数の異方性は弱化し弾性率は全般的に小さなものとなることが予測された。化学結合の観点から詳細に検討を行ったところ、金属原子間の結合からNi-H間の結合へと結合のメカニズムが大きく転換していることにこの傾向は起因することが判明した。
2)サイアロンセラミックスにおける原子配列
サイアロンは窒化珪素にAlとOが同数固溶したセラミックス材料である。その溶質原子の分布形態については、溶質・溶媒原子の原子番号が近接していることから、従来の構造解析で十分明らかにされていない。本研究では1)で用いた計算手法より、溶質原子の分布形態について系統的なエネルギー評価を行った。その結果、サイアロンの溶質原子の分布にはプリファレンスがあり、AlとOは互いに近接しあう傾向があることがわかった。この計算で得られた傾向は、岡崎国立分子科学研究所極端紫外光施設(UVSOR)にて行ったX線吸収スペクトル測定から確証された。

Research Products

• [Publications] K.TATSUMI, I.TANAKA, H.ADACHI, M.YOSHIYA: "Atomic structures and bondings of beta and spinel-Si_<6-z>Al_zO_zN_<8-z> by first principles calculations"Physical Review B. 66. 165210 (2002)