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R-14
2017

第一原理計算による高安定性イオン伝導体の材料設計


技術のポイント

理論計算によりイオン伝導体を安定化させる添加元素の効率的探索とその実証に成功

基礎研究


背景
添加元素により材料の特性を制御することは広く行われているが、試行錯誤的な実験による添加元素の探索には多くの時間を要していたため、より効率的な材料開発手法が求められている

目的
酸素イオン伝導体Bi2O3を対象とした安定化添加元素の理論計算による効率的な探索と実験による実証

成果
(1) 網羅的第一原理計算により添加元素が諸特性に与える影響を算出し、データベースから安定化元素Nb、Wを選択
(2) 予測を基に試料を合成した結果、想定通り長時間の安定性を実現することに成功


計算: 第一原理PAW法(VASPコード) 実験: 固相法による合成、交流インピーダンス測定、
    透過型電子顕微鏡(TEM)
第一原理計算により求めた拡散係数、
規則不規則相転移温度、固溶エネルギー
イオン伝導度の時間変化
伝導度測定後の試料の電子回折パターン



期待される適用分野
本手法を活用した電池材料や
誘電材料など各種材料の材料設計
新材料開発の超高速化

参考文献 K. Shitara, T. Moriasa, A. Sumitani, A. Seko, H. Hayashi, Y. Koyama, R. Huang,
D. Han, H. Moriwake, and I. Tanaka, Chem. Mater. 29, 3763-3768 (2017).
謝辞 本研究はJSPS科研費(25106005, 15H02286, 12H02608)、JST「情報統合型物質・材料開発イニシアティブ(MI2I) 」の一環として実施したものである



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