Elucidation of superionic conduction mechanism and the establishment of its theoretical basis in terms of the formation of short- and medium-range structures

阐明超离子传导机制并建立其中短程结构形成的理论基础

基本信息

批准号：
21K04660
负责人：
池田昌弘
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Oita National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

超イオン導電ガラスにみられるような不規則系では、中距離構造がイオン輸送現象に重要な役割を果たしている。本研究では、中距離構造の形成過程をモデル化し、固体中のイオン導電機構の本質を理解することにある。本年度の研究では、以下の成果が得られた。1) 前年度に引き続き、従来の結晶中における空孔形成理論の改良を進め、イオン結晶系でみられる内因性・外因性伝導領域を記述するモデルの構築を行った。この改良された空孔形成理論は、低温になるにしたがって空孔数が凍結する挙動を再現する。また、空孔濃度が格子間イオン濃度に対応するとみなすことで、イオン伝導度に対してモデル化を行った。電荷担体濃度とイオンの易動度が非線形に連結している当該モデルは、両伝導領域間の連続挙動を説明する。本研究成果は、論文として公表された。2) 1)の成果で得られたイオン伝導度のモデルに対して更なる検討を重ね、AgI系を基にした酸化物系超イオン導電ガラスに適用した。この物質系のイオン伝導度は、液体側でVFT的に、ガラス転移点以下の温度域ではArrhenius的挙動を示す。各領域でのイオン伝導過程を理解することを試みた。例えば、(AgI)x(AgPO3)1-x (0 <= x <= 0.5)におけるイオン伝導度の組成依存性をみると、AgIの添加量に伴ってイオン伝導度は増加する。この挙動は、ネットワークの膨張に伴う自由体積の増加と関連付けられる。

在超离子导电玻璃等无序系统中，中程结构在离子传输现象中发挥着重要作用。这项研究的目的是模拟中程结构的形成过程，并了解固体中离子传导机制的本质。今年的研究取得了以下成果。 1）延续上一年的工作，我们继续改进晶体中空位形成的传统理论，构建了描述离子晶体系统中观察到的本征和外在传导区域的模型。这种改进的孔隙形成理论再现了孔隙数量随着温度降低而冻结的行为。此外，通过假设空位浓度对应于间隙离子浓度来对离子电导率进行建模。该模型中载流子浓度和离子迁移率非线性耦合，描述了两个导电区域之间的连续行为。这项研究的结果以论文形式发表。 2)进一步研究步骤1)中获得的离子电导率模型并将其应用于基于AgI体系的氧化物基超离子导电玻璃。该材料系统的离子电导率在液体侧表现出类 VFT 行为，在低于玻璃化转变点的温度范围内表现出类阿累尼乌斯行为。我们试图了解每个区域的离子传导过程。例如，观察 (AgI)x(AgPO3)1-x (0 <= x <= 0.5) 中离子电导率的组成依赖性，离子电导率随着 AgI 添加量的增加而增加。此行为与网络扩展时可用容量的增加相关。