Effects of Cs/Sr intercalation on the structure and electrical conductivity of weathered biotite

Cs/Sr挿入が風化黒雲母の構造と電気伝導度に及ぼす影響

早川 虹雪; 村口 正和*; 馬酔木 ゆめの*; 小島 洋一郎*; 小田 将人*; 藪田 莉名*; 石井 宏幸*; 本田 充紀   

Hayakawa, Kosetsu; Muraguchi, Masakazu*; Masebo, Yumeno*; Kojima, Yoichiro*; Oda, Masato*; Yabuta, Rina*; Ishii, Hiroyuki*; Honda, Mitsunori

風化黒雲母(WB)は粘土由来の層状鉱物であり、700C以上での溶融塩処理により熱電特性を示すようになる。本研究では、CsおよびSrのインターカレーションがWBの局所構造および電気伝導性に与える影響を調査した。WBをCsClおよび/またはSrClを含む溶融塩で処理し、得られた試料についてX線蛍光分析(XRF)、X線回折(XRD)、X線吸収微細構造(XAFS)、および四端子法による電気伝導度測定を行った。XRFによりCs/Srの取り込みが確認され、XRDにより層状構造が保持されていることが示された。XAFS解析では、Cs/Srをインターカレーションした試料において、高温下でSr-Si間距離が約,短縮することが明らかとなり、SrがSi-O層に近づくことが示唆された。630860Cで測定した電気伝導度では、630780Cの範囲においてCs/Sr-WBがSr-WBより高い伝導性を示した。これらの結果から、層間イオンの再配置により伝導経路が改善されることが示され、層間構造制御が粘土系熱電材料設計における有効な手法であることが示唆された。

Weathered biotite (WB), a clay-based layered mineral, becomes thermoelectrically active after molten-salt treatment above 700C. In this study, we investigate how Cs and Sr intercalation influences its local structure and electrical conductivity. WB was treated with molten salts containing CsCl and/or SrCl, and the resulting materials were analyzed using X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), X-ray absorption fine structure (XAFS), and four-probe conductivity measurements. XRF verified Cs/Sr incorporation, while XRD confirmed retention of the layered structure. XAFS revealed that, in the Cs/Sr-intercalated sample, the Sr-Si distance shortens by , at elevated temperatures, indicating a closer interaction with the Si-O layer. Electrical conductivity measured from 630860C showed that Cs/Sr-WB exhibits higher conductivity than Sr-WB in the 630780C region. These results suggest that interlayer ion rearrangement enhances conduction pathways, demonstrating the potential of interlayer structural control for designing clay-based thermoelectric materials.