結晶中での局所イオン移動を利用した新規機能開発

利用晶体中的局部离子运动开发新功能

• 批准号: 14J05886
• 负责人: 加藤 智佐都
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J05886/
• 关键词: 誘電特性; ポリオキソメタレート; プレイスラー型; 誘電物性; 磁気挙動; ドーソン型

本研究では、分子内に２つのイオン安定サイトを有するリング状のポリオキソメタレート分子（以降POMと記載）を用い、分子内の安定サイト間イオン移動を利用した新規物性の創出を目指す。これは電池やキャパシタへの応用を目的とした従来のリチウムイオンやプロトン等の軽元素イオン伝導体開発とは大きく異なり、多彩な機能発現が期待できる。申請者は結晶内の移動に寄与するイオンとして多価・磁性イオンなどの重元素イオンを選択し、磁場や電場を用いたイオン移動制御とそれに伴う特異な磁気、電気物性の発現を狙う。本研究の達成により、これまで注目されていなかった結晶空間内の「局所イオン移動」現象に伴う新たな物性創出やデバイス作製が可能になると考える。本年度は、テルビウムイオンを内包したプレイスラー型POMについて、局所イオン移動に伴う電気物性をより詳細に調査した。具体的には、分極の電場依存測定（P-E測定）や分極の温度依存測定（P-T測定）を行い評価した。P-E測定を200～330Kの温度領域で行ったところ、室温付近の温度でヒステリシスループを観測することに成功した。自発分極の値は290Kで極大となり、温度の低下と共に小さくなる様子も観測された。さらに0.55kV/cmの外部電場を印加しながら冷却した後昇温させながら焦電流測定を行ったところ、昇温速度に依存した焦電流ピークが観測された。得られた値を積分し、分極の温度依存性を見積もると、0.5K/minの掃引速度では280K付近で自発分極が消滅すること示唆された。一般的な強誘電体の自発分極は転移温度で必ず消失し、掃引温度による変化は観測されない。しかし、本系では掃引速度によって掃引速度によって分極の消失温度が変化したことから誘電ヒステリシスや焦電流は分極の緩和に由来していることが示唆される。

在这项研究中，我们使用分子内的两个离子稳定的位点使用环形多氧分子（以下称为POM），并旨在使用分子内稳定的位点间离子转移来创建新颖的物理性能。这与锂离子和质子等光元素导体的常规开发非常不同，锂离子和质子旨在用于电池和电容器中的应用，并且可以预期产生各种功能。申请人将选择重元离子，例如多价离子和磁离子作为有助于晶体运动的离子，并旨在使用磁场和电场来控制离子运动，并开发出伴随的独特的磁性和电气性能。这项研究的实现将使由于晶体空间内的“局部离子转移”现象，因此可以使新的物理特性和设备制造，这并没有引起人们的注意。今年，我们更详细地调查了与含有含Terbium离子的局部离子迁移相关的电气性能。具体而言，通过进行电场依赖性测量（P-E测量值）和温度依赖性测量（P-T测量）来评估极化。在200-330K的温度范围内进行了P-E测量值，并在室温周围的温度下成功观察到了磁滞回路。自发极化值在290k处达到其最大值，还观察到随着温度降低，它变得较小。此外，当在使用0.5kv/cm的外部电场施加冷却时测量温度，然后温度升高时，观察到焦点电流峰值观察到依赖温度上升速率。集成了所获得的值，并估计了极化的温度依赖性，这表明自发极化在280K左右以0.5k/min的扫描速率消失。典型铁电的自发极化总是在过渡温度下消失，并且没有观察到扫荡温度引起的变化。但是，在该系统中，极化消失的温度根据扫描速度而变化，这表明介电滞后和焦点电流来自极化的松弛。

项目成果

Synthesis, Characterisation, and Structure of a Reduced Preyssler-Type Polyoxometalate

还原性 Preyssler 型多金属氧酸盐的合成、表征和结构

• 发表时间: 2017
• 期刊: Chem. Lett.
• 作者: C. Kato;K. Maryunina;K. Inoue;S. Yamaguchi;H. Miyaoka;A. Hayashi;M. Sadakane;R. Tsunashima;and S. Nishihara
• 通讯作者: and S. Nishihara

Evaluation of a structural ion fluctuation in Preyssler-type polyoxometalate salt

Preyssler型多金属氧酸盐中结构离子波动的评价

• 发表时间: 2015
• 作者: Chisato Kato;Sadafumi Nishihara;Kseniya Maryunina;Ryo Tsunashima;Yoko Tatewaki;and Katsuya Inoue
• 通讯作者: and Katsuya Inoue

α-Dawson型ポリオキソメタレートの選択的合成法の確立

α-Dawson型多金属氧酸盐选择性合成方法的建立

• 发表时间: 2015
• 作者: Chisato Kato;Sadafumi Nishihara;Kseniya Maryunina;Ryo Tsunashima;Yoko Tatewaki;and Katsuya Inoue;加藤智佐都;加藤智佐都，西原禎文，Maryunina Kseniya，綱島亮，帯刀陽子，井上克也
• 通讯作者: 加藤智佐都，西原禎文，Maryunina Kseniya，綱島亮，帯刀陽子，井上克也

Preyssler型POM分子内でのイオン揺らぎの検証と物性評価

Preyssler型POM分子中离子波动的验证和物理性能的评估

• 发表时间: 2016
• 期刊: 物質・デバイス領域共同研究拠点 研究成果報告書
• 作者: 西原禎文;加藤智佐都;市橋克哉;井上克也;中村貴義
• 通讯作者: 中村貴義

Preyssler型ポリオキソメタレート分子内でのイオン移動の観測と物性調査

普雷斯勒型多金属氧酸盐分子内离子运动的观察和物理性质的研究

• 发表时间: 2014
• 作者: Chisato Kato;Sadafumi Nishihara;Kseniya Maryunina;Ryo Tsunashima;Yoko Tatewaki;and Katsuya Inoue;加藤智佐都;加藤智佐都，西原禎文，Maryunina Kseniya，綱島亮，帯刀陽子，井上克也;加藤智佐都，西原禎文，Maryunina Kseniya，綱島亮，帯刀陽子，井上克也
• 通讯作者: 加藤智佐都，西原禎文，Maryunina Kseniya，綱島亮，帯刀陽子，井上克也