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2012 Fiscal Year Final Research Report

Elucidation of grain-alignment mechanism of ceramics polycrystals by reactive diffusion technique

Research Project

  • PDF
Project/Area Number 23656399
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

FUKUDA Koichiro  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90189944)

Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha) ASAKA Toru  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80525973)
YOSHIDA Hideto  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 技術職員 (30376553)
Project Period (FY) 2011 – 2012
Keywords結晶配向 / 組織制御 / 反応拡散 / イオン伝導体 / アパタイト
Research Abstract

We have prepared the highly c-axis-oriented polycrystalline material of apatite-type La9.50Si6026.25 by isothermal heating of the sandwich-type La2SiO5/La2Si2O7/La2SiO5 diffusion couple at 1873 K for 50 h. The resulting polycrystal was characterized using optical microscopy, X-ray diffractometry and impedance spectroscopy. The annealed couple was mechanically processed, and the thin-plate electrolyte consisting of the textured polycrystal was obtained. The oxide-ion conductivity along the c-axis steadily increased from 2.0 X 10-2 S/cm to 7.9 X 10-2 S/cm with increasing temperature from 723 to 1073 K. The conductivity of this material was, at 723 - 973 K, ca. 2.5 times higher than that of the c-axis-oriented apatite polycrystal of La9.33Si6O26. These two materials have the identical activation energy of conduction (0.35 eV), and hence the conduction mechanism must be the same. Both crystal structures of La9.50Si6O26.25 and La9.33Si6O26 at ambient temperature (space group P63/m) showed the appreciable positional disordering of 0 atoms (12i site) that are bonded to Si atoms, together with the anharmonic displacements of La atoms (4f and 6h sites). The former structure is further characterized by the positional disordering of channel oxide ions (2a and 4e sites) as well as the presence of interstitial oxide ions (6h site), which would contribute to the higher conductivity along the c-axis.

  • Research Products

    (27 results)

All 2013 2012 2011 Other

All Journal Article (5 results) Presentation (19 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Thermal Expansion of Lanthanum Silicate Oxyapat ite (La9.33+2x(SiO4)6O2+3X), Lanthanum Oxyorthosilicate (La2SiO5) and Lanthanum Sorosilicate (La2Si2O7)2012

    • Author(s)
      K. Fukuda, T. Asaka, and T. Uchida
    • Journal Title

      J. Solid State Chem.

      Volume: Vol.194 Pages: 157-161

    • DOI

      DOI:10.1016/j.jssc.2012.04.043

  • [Journal Article] Combined Effect of Germanium Doping and Grain Alignment on Oxide-Ion Conductivity of Apatite-Type Lanthanum Silicate Polycrystal2012

    • Author(s)
      K. Fukuda, T. Asaka, N. Ishizawa, H. Mino, D. Urushihara, A. Berghout, E. Bechade, O. Masson, I. Julien, and P. Thomas
    • Journal Title

      Chem. Mater.

      Volume: Vol.24 Pages: 2611-2618

    • DOI

      DOI:10.1021/cm301484q

  • [Journal Article] Crystal Structure and Oxide-Ion Conductivity along c-Axis of Apatite-Type Lanthanum Silicate with Excess Oxide Ions2012

    • Author(s)
      K. Fukuda, T. Asaka, M. Oyabu, D. Urushihara, A. Berghout, E. Bechade, O. Masson, I. Julien, and P. Thomas
    • Journal Title

      Chem. Mater.

      Volume: Vol.24 Pages: 4623-4631

    • DOI

      DOI:10.1021/cm3034643

  • [Journal Article] Anisotropy of oxide-ion conduction in apatite-type lanthanum silicate2012

    • Author(s)
      K. Fukuda, T. Asaka, M. Okino, A. Berghout, E. Bechade and O. Masson
    • Journal Title

      Solid State Ionics

      Volume: Vol.217 Pages: 40-45

    • DOI

      DOI:10.1016/j.ssi.2012.04.018

  • [Journal Article] Oxide-Ion Conductivity of Highly c-Axis-Oriented Apatite-Type Lanthanum Silicate Polycrystal Formed by Reactive Diffusion between La2SiO5 and La2Si2O72011

    • Author(s)
      K. Fukuda, T. Asaka, R. Hamaguchi, T. Suzuki, H. Oka, A. Berghout, E. Bechade, O. Masson, I. Julien, E. Champion, and P. Thomas
    • Journal Title

      Chem. Mater.

      Volume: Vol.23 Pages: 5474-5483

    • DOI

      DOI:10.1021/cm2029905

  • [Presentation] アパタイト型シリコゲルマン酸ランタン多結晶体のc軸高配向化と酸化物イオン伝導2013

    • Author(s)
      蓑弘樹
    • Organizer
      日本セラミックス協会2013年年会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京)
    • Year and Date
      20130317-19
  • [Presentation] La2O3成分を過剰に含むアパタイト型ケイ酸ランタン多結晶体のc軸高配向化と酸化物イオン伝導2013

    • Author(s)
      福田功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会2013年年会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京)
    • Year and Date
      20130317-19
  • [Presentation] 過剰酸化物イオンを格子間に含むアパタイト型ケイ酸ランタンの結晶構造と酸化物イオン伝導2013

    • Author(s)
      漆原大典
    • Organizer
      日本セラミックス協会2013年年会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京)
    • Year and Date
      20130317-19
  • [Presentation] c軸高配向アパタイト型シリコゲルマン酸ランタン多結晶体の作製と酸化物イオン伝導2013

    • Author(s)
      蓑弘樹
    • Organizer
      第51回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(仙台)
    • Year and Date
      20130109-10
  • [Presentation] アパタイト型ケイ酸ランタンおよびシリコゲルマン酸ランタンのc軸高配向多結晶体の作製と酸化物イオン伝導2012

    • Author(s)
      福田功一郎
    • Organizer
      第38回固体イオニクス討論会
    • Place of Presentation
      京都テルサ(京都)
    • Year and Date
      20121203-05
  • [Presentation] c軸高配向アパタイト型ケイ酸ランタン多結晶電解質の作製と異方性熱膨張、低温動作型SOFCセルの設計指針2012

    • Author(s)
      内田智裕
    • Organizer
      日本セラミックス協会2012年秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
    • Year and Date
      20120919-21
  • [Presentation] アパタイト型ケイ酸ランタンにおける酸化物イオン伝導の異方性2012

    • Author(s)
      福田功一郎
    • Organizer
      日本セラミックス協会2012年秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
    • Year and Date
      20120919-21
  • [Presentation] A novel and facile method for fabricating highly textured ceramics - Application to synthesis of c-axis-oriented apatite-type lanthanum silicate polycrystal -2012

    • Author(s)
      T. Suzuki
    • Organizer
      5th International Workshop on Advanced Ceramics
    • Place of Presentation
      London (連合王国)
    • Year and Date
      20120909-11
  • [Presentation] Combined Effect of Doping and Grain Alignment on Oxide-Ion Conductivity of Apatite-Type Lanthanum Silicate Polycrystal2012

    • Author(s)
      D. Urushihara
    • Organizer
      5th International Workshop on Advanced Ceramics
    • Place of Presentation
      London(連合王国)
    • Year and Date
      20120909-11
  • [Presentation] 反応拡散による結晶配向セラミックスの新規合成方法2012

    • Author(s)
      濱口竜太
    • Organizer
      日本セラミックス協会2012年年会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都)
    • Year and Date
      20120319-21
  • [Presentation] 反応拡散によるアパタイト型ケイ酸ランタン多結晶体のc軸高配向化と酸化物イオン伝導2012

    • Author(s)
      鈴木崇大
    • Organizer
      日本セラミックス協会2012年年会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都)
    • Year and Date
      20120319-21
  • [Presentation] c軸高配向アパタイト型ケイ酸ランタン多結晶体の作製と酸化物イオン伝導2012

    • Author(s)
      鈴木崇大
    • Organizer
      日本セラミックス協会2012年年会
    • Place of Presentation
      京都大学(京都)
    • Year and Date
      20120319-21
  • [Presentation] 反応拡散法によって作製したc軸配向アパタイト型ケイ酸ランタン多結晶体の微構造評価2012

    • Author(s)
      岡部桃子
    • Organizer
      日本セラミックス協会2013年年会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京)
    • Year and Date
      20120317-19
  • [Presentation] Syntheses and oxide-ion conductivity of highly c-axis-oriented apatite-type lanthanum silicate polycrystals2012

    • Author(s)
      K. Fukuda
    • Organizer
      2nd International Workshop on Materials Design and Development of All-Ceramics Devices with Fast Ion Conduction
    • Place of Presentation
      ウインクあいち (名古屋)
    • Year and Date
      2012-12-08
  • [Presentation] アパタイト型シリコゲルマン酸ランタン多結晶体のc軸高配向化と酸化物イオン伝導2012

    • Author(s)
      蓑弘樹
    • Organizer
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
    • Year and Date
      2012-12-01
  • [Presentation] 反応拡散による結晶配向アパタイトセラミックスの新規合成方法2012

    • Author(s)
      鈴木崇大
    • Organizer
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
    • Year and Date
      2012-12-01
  • [Presentation] アパタイト型シリコゲルマン酸ランタンの不規則構造と酸化物イオン伝導機構2012

    • Author(s)
      漆原大典
    • Organizer
      日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
    • Place of Presentation
      名古屋大学(名古屋)
    • Year and Date
      2012-12-01
  • [Presentation] Anisotropy of Oxide-Ion Conduction in Apatite-Type Lanthanum Silicate2012

    • Author(s)
      K. Fukuda
    • Organizer
      3rd International Workshop on Materials Design and Development of All-Ceramics Devices with Fast Ion Conduction
    • Place of Presentation
      Limoges (フランス)
    • Year and Date
      2012-06-05
  • [Presentation] Structural Change of La9.33(Si2Ge4)O26 during Heating up to 1203 K2011

    • Author(s)
      D. Urushihara
    • Organizer
      1st International Workshop on Materials Design and Development of All-Ceramics Devices with Fast Ion Conduction
    • Place of Presentation
      Limoges (フランス)
    • Year and Date
      2011-06-16
  • [Remarks]

    • URL

      http://crystals.web.nitech.ac.jp/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] アパタイト型ケイ酸ランタン多結晶体及びその製造方法、並びに酸化物イオン伝導体、固体電解質2012

    • Inventor(s)
      福田功一郎
    • Industrial Property Rights Holder
      名古屋工業大学
    • Industrial Property Number
      2013-018102
    • Filing Date
      2012-02-01
  • [Patent(Industrial Property Rights)] パタイト型シリコケルマン酸ランタン多結晶体及ひその製造方法、並ひに酸化物イオン伝導体、固体電解質2012

    • Inventor(s)
      福田功一郎
    • Industrial Property Rights Holder
      名古屋工業大学
    • Industrial Property Number
      2012-052126
    • Filing Date
      2012-03-08

URL: 

Published: 2014-09-25  

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