マルチプローブを用いた安定化ジルコニアのアニールによる結晶、局所構造への影響の研究

Study of annealing effect on crystal and local structures of doped zirconia using multi probe

伊藤 孝憲*; 森 昌史*; 犬飼 学*; 仁谷 浩明*; 山本 孝*; 宮永 崇史*; 井川 直樹   ; 北村 尚斗*; 石田 直哉*; 井手本 康*

Ito, Takanori*; Mori, Masashi*; Inukai, Manabu*; Nitani, Hiroaki*; Yamamoto, Takashi*; Miyanaga, Takashi*; Igawa, Naoki; Kitamura, Naoto*; Ishida, Naoya*; Idemoto, Yasushi*

固体酸化物型燃料電池の電解質に用いられる安定化ジルコニアにおいて、長時間アニールによる結晶構造、局所構造への影響をマルチプローブ(放射光, 中性子, 第一原理計算)によって考察した。放射光X線,中性子回折を用いたリートベルト解析、最大エントロピー法解析の結果から、アニールすることで、周期的構造が秩序的となる場合と無秩序的になる場合があることが分かった。一方、X線吸収スペクトルと第一原理計算によると、アニールによってZrOが歪むことが確認された。これらの結果から、アニールによる導電率の低下は周期的構造が関係していると考えられる。

The effect of the annealing on the crystal and local structures of doped zirconia was investigated by multi-probe technique using synchrotron X-ray and neutron diffraction, and first principles calculation. It was revealed that the annealing process enhances the periodic distortion of some zirconia compounds by Rietveld/ maximum entropy methods applied to the SR-X-ray and neutron diffractions. In addition, the combined X-ray absorption spectroscopy and first-principles calculations results showed the ZrO polyhedra in zirconia were distorted by the annealing. Those results indicate that the degradation of oxide ionic conductivity by the annealing was related to the periodic distortion in zirconia.