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論文

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

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*

Photon Factory News, 33(1), p.18 - 24, 2015/05

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$$_{8}$$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。

論文

Effect of annealing on crystal and local structures of doped zirconia using experimental and computational methods

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*

Journal of Physical Chemistry C, 119(16), p.8447 - 8458, 2015/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:48.44(Chemistry, Physical)

放射光X線や中性子線回折によるリートベルト解析・最大エントロピー法解析、X線吸収スペクトル法と第一原理計算を併用することによって、2種類のジルコニア((Zr$$_{0.85}$$Y$$_{0.15}$$)O$$_{2}$$および(Zr$$_{0.81}$$Sc$$_{0.18}$$Ce$$_{0.01}$$)O$$_{2}$$)の結晶構造や局所構造に対するアニーリング効果の相違を調べた。これらジルコニアは共に空間群${it Fm}$-3${it m}$で、大きな原子変位パラメータを持つ立方晶構造であるが、(Zr$$_{0.85}$$Y$$_{0.15}$$)O$$_{2}$$はアニーリングによって原子変位パラメータが減少し、結晶中の電子は、Zr/酸素サイトに集まる傾向を示した。一方、(Zr$$_{0.81}$$Sc$$_{0.18}$$Ce$$_{0.01}$$)O$$_{2}$$ではこれとは逆の傾向を示した。これらの傾向の違いは、(Zr$$_{0.85}$$Y$$_{0.15}$$)O$$_{2}$$ではアニーリングによってジルコニア結晶を構成するZrO$$_{8}$$多面体では局所的な歪みが生じるがその周期性はないこと、一方、(Zr$$_{0.81}$$Sc$$_{0.18}$$Ce$$_{0.01}$$)O$$_{2}$$中のZrO$$_{8}$$多面体は周期性を有し、かつ局所的な歪みが生じるためであることが明らかになった。

論文

Protonic conduction, crystal and electronic structures of La$$_{0.9}$$Ba$$_{1.1}$$Ga$$_{0.95}$$Mg$$_{0.05}$$O$$_{4-delta}$$

浜尾 尚樹*; 北村 尚斗*; 伊藤 孝憲*; 井川 直樹; 井手本 康*; 大道 博行; 加来 正典*; 窪寺 昌一*

Solid State Ionics, 253, p.123 - 129, 2013/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:84.58(Chemistry, Physical)

燃料電池用固体電解質材料、La$$_{0.9}$$Ba$$_{1.1}$$Ga$$_{0.95}$$Mg$$_{0.05}$$O$$_{4-delta}$$を固相反応法で合成し、電気伝導度やRietveld/最大エントロピー法による結晶構造解析を行った。基本材料であるLaBaGaO$$_{4}$$の一部をBaやMgで置換することで、プロトン伝導度が向上した。Rietveld/最大エントロピー法解析の結果、1000Kまでの温度ではLa$$_{0.9}$$Ba$$_{1.1}$$Ga$$_{0.95}$$Mg$$_{0.05}$$O$$_{4-delta}$$はLaBaGaO$$_{4}$$と同じ結晶構造を有すること、プロトンはO3サイト近傍に配置し、この酸素と水素結合していることがわかった。

論文

Study of oxygen ion diffusion in (Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33-delta}$$ through ${it in-situ}$ neutron diffractions at 300 and 720 K

伊藤 孝憲*; 平井 岳根*; 山下 純一*; 渡部 昌司*; 川田 悦也*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 井川 直樹

Physica B; Condensed Matter, 405(8), p.2091 - 2096, 2010/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:41.3(Physics, Condensed Matter)

酸素イオン伝導体(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33-delta}$$について、高温中性子回折実験を行い、リートベルト法,最大エントロピー法(MEM)及びMEMに基づくパターンフィッティング法(MPF)解析によって、本物質における酸素拡散機構を解析した。720Kでは、多量の欠損が生じている4${it c}$サイト上に存在する酸素の異方性原子変位パラメータと中性子散乱長密度は4${it c}$及び8${it d}$サイト方向を向いていることから、酸素イオンは4${it c}$-4${it c}$サイト間及び4${it c}$-8${it d}$サイト間を経由して拡散していることを明らかにした。

論文

Relationship between average and local crystal structure and the ferroelectric properties of a Sr-Bi-Ta-Si-O ferroelectric material

井手本 康*; 谷山 敏*; 飯久保 智*; 社本 真一; Richardson, J. W.*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 70(8), p.1156 - 1165, 2009/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:83.76(Chemistry, Multidisciplinary)

We investigated the relationship between the average and local crystal structures and the ferroelectric properties of Bi$$_{2}$$SiO$$_{5}$$, Bi$$_{4}$$Si$$_{3}$$O$$_{12}$$, or Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$ added Sr$$_{1-x}$$Bi$$_{2+x}$$Ta$$_{2}$$O$$_{9}$$ (x=0, 0.2) produced by a solid-state reaction. The average crystal structures were determined by the Rietveld method. On the other hand, the local structure is important, because the ferroelectric property is related to the distortion, and ferroelectric complex oxides have domains. We also investigated the local crystal structure using atomic pair distribution function (PDF) analysis. Based on the results, the distortion and symmetry of TaO$$_{6}$$ are found to contribute to the remanent polarization.

論文

Study of mechanism of mixed conduction due to electrons and oxygen ions in (La$$_{0.75}$$Sr$$_{0.25}$$)MnO$$_{3.00}$$ and (Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$ through rietveld refinement and MEM analysis

伊藤 孝憲*; 白崎 紗央里*; 藤江 良紀*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 大坂 恵一*; 廣沢 一郎*; 井川 直樹

電気化学及び工業物理化学, 77(2), p.161 - 168, 2009/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:93.01(Electrochemistry)

電子伝導と酸素イオン伝導の混合伝導体である(La$$_{0.75}$$Sr$$_{0.25}$$)MnO$$_{3.00}$$と(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$の結晶構造を中性子回折法によって、電子密度分布を放射光X線回折法によって解析した。(La$$_{0.75}$$Sr$$_{0.25}$$)MnO$$_{3.00}$$は空間群が${it R}$ $$bar{3}$$${it c}$であり、(La,Sr), Mn, Oが各々6${it a}$, 6${it b}$, 18${it e}$サイトを占める。(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$${it Pnma}$を取り、(Ba,Sr), (Co/Fe), O1, O2が各々8${it a}$, 8${it a}$, 4${it c}$, 8${it d}$サイトを占め、また、O1及びO2の占有率は0.59, 0.87であることがわかった。(La$$_{0.75}$$Sr$$_{0.25}$$)MnO$$_{3.00}$$におけるMn-O面と(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$における(Co, Fe)-O2面は強い共有結合を持つことから電子伝導に寄与し、(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$における(Ba, Sr)-O1面は高い酸素欠損率を有する強いイオン結合性を持つことから酸素イオン伝導に寄与することが明らかになった。

論文

Determination of crystal structure and charge density of (Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$ by Rietveld refinement and maximum entropy method analysis

伊藤 孝憲*; 西田 有希*; 冨田 文*; 藤江 良紀*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 大坂 恵一*; 廣沢 一郎*; 井川 直樹

Solid State Communications, 149(1-2), p.41 - 44, 2009/01

 被引用回数:28 パーセンタイル:22.27(Physics, Condensed Matter)

(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{2.33}$$の結晶構造と電子密度分布を中性子回折及びX線回折法によって解析した。結晶構造は空間群${it Pnma}$の分割原子モデルによる解析の結果、酸素1(4${it c}$)及び酸素2(8${it d}$)サイトの席占有率が各0.59, 0.87であり、(Co, Fe)-O2面は異方性共有結合とイオン結合、(Ba, Sr)-O1結合は低密度のイオン結合性であることが明らかになった。

口頭

(Pb,Si)(Zr,Ti,Nb)O$$_3$$系強誘電体の強誘電特性と平均・局所結晶構造

古宮 章子*; 井手本 康*; 飯久保 智; 社本 真一

no journal, , 

ペロブスカイト型酸化物強誘電体PbZr$$_z$$Ti$$_{1-z}$$O$$_3$$(PZT)は残留分極が大きく、強誘電体メモリー(FeRAM)用キャパシタ材料の中で、最も注目されている物質である。PZTの薄膜試料では(Zr,Ti)サイトのNb置換がさらなる特性の向上をもたらすことが報告されている。そこでNbが多量置換した乾燥ゲル(Pb$$_{1-y}$$Si$$_y$$)(Zr$$_z$$Ti$$_{1-x-z}$$Nb$$_x$$)O$$_3$$(PZTNS)を合成し、局所構造と強誘電特性との関係について検討した。局所構造ではM(Zr,Ti,Nb)-Oの結合距離の増加が見られた。これよりPZTNSは局所的なMO$$_6$$八面体の平坦性が低下していると考えられ、この平坦性の低下が残留分極Prの増加に寄与していると考えられる。また、PZTとPZTNSの局所構造を比較すると、Nb, Sb置換により、M(Zr,Ti,Nb)サイトのピークにシフトが見られることから、AサイトにSiが置換,MサイトにNbが置換していることが示唆される。

口頭

Bi-Si-O添加Sr-Ce-Bi-Ta-O系強誘電体酸化物の平均・局所結晶構造と強誘電特性

谷山 敏*; 井手本 康*; 飯久保 智; 社本 真一

no journal, , 

強誘電体物質Sr$$_{1-x}$$Bi$$_{2+x}$$Ta$$_2$$O$$_9$$は強誘電体メモリ材料として期待されているが、残留分極が小さいことが課題とされている。これまでSBTにBi-Si-Oを添加し、さらにSrサイトにCeを置換した試料の強誘電特性とリートベルト解析を用いた結晶構造の関係について検討してきた。今回はPDF解析を用いて局所構造の検討を行い、添加,置換による局所的な歪と強誘電特性の関係を調べた。Bi-Si-Oを添加することにより、金属-酸素間の中で特に(Ta,Si)-O距離の減少が見られたことから、TaO八面体の歪が変化し、残留分極Prの増加に影響を与えたと考えられる。またCe置換することで局所構造においてBi-Oピークが出現した。これは、Srサイトに価数の大きなCeを置換することでO2サイトの酸素欠損が抑制されてBi-Oピークの増大に寄与していることを示唆している。

口頭

SOFC空気極材料におけるMEM解析による酸素イオン-電子混合伝導の考察

伊藤 孝憲*; 横手 武徳*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 佐久間 隆*; 高橋 東之*; 井川 直樹

no journal, , 

固体酸化物型燃料電池は作動温度の低温化が求められており、空気極材料の開発が課題となっている。本研究では、高温作動型材料La$$_{0.73}$$Sr$$_{0.24}$$MnO$$_{3}$$と中温度作動型材料(Ba$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)(Co$$_{0.8}$$Fe$$_{0.2}$$)O$$_{3-delta}$$について中性子回折及び放射光X線回折を行い、リートベルト解析及び最大エントロピー法解析の結果から酸素イオン-電子混合伝導メカニズムを考察する。

口頭

中性子,放射光X線回折を用いたSOFC空気電極の構造解析

伊藤 孝憲*; 横手 武徳*; 北村 尚斗*; 井手本 康*; 佐久間 隆*; 高橋 東之*; 井川 直樹

no journal, , 

固体酸化物燃料電池の空気極材料として、電子-酸素イオン混合伝導を有するペロブスカイト酸化物が注目されている。現状では(La,Sr)MnO$$_{3}$$が用いられているが、作動温度の低温化が求められており、特に(Ba,Sr)(Co,Fe)O$$_{3-delta}$$が期待されている。本研究では、これら2つの材料について中性子回折及び放射光X線回折を行い、Rietveld解析及び最大エントロピー法解析によって、遷移金属-酸素面における原子核・電子密度分布の違いについて比較検討した。

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