リジッドな結晶骨格を持ったフッ化物イオン伝導体の開発

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本研究では、リジッドな結晶骨格をもつ新しいフッ化物イオン伝導体の研究を行っている。2022年度は、加熱装置を導入し、最大で700 Kの温度まで加熱し、イオン伝導度を則的できる装置の立ち上げを行った。イオン伝導度のような、動的な性質を調べるためには、温度依存性を明らかにすることが不可欠である。これでイオン伝導度を評価できる環境を整えることができた。また、物質としては、アパタイト型化合物Pb5(VO4)3Fや、層状化合物Bi2VO5FとBi3SrO5Fに着目し研究を行った。アパタイト型化合物Pb5(VO4)3Fについては、構造解析の結果より、フッ化物イオンが結晶c軸方向に大きく変位し、遍歴しているような振る舞いを見いだすことに成功した。また、合わせてこの物質が低温でフッ化物イオンの結晶学的サイトが固定される常誘電-反強誘電転移に伴い、巨大な負熱膨張を発現することも発見した。この振る舞いもまた、結晶内でのフッ化物イオンのダイナミクスと密接に結びついていると考えられ、フッ化物イオンの結晶内での伝導は、伝導度のみならず構造的な特性にも特異的な変化をもたらす可能性があることが示唆された。層状化合物Bi2VO5FとBi3SrO5Fについては、試料を合成する際に、条件によって格子定数が大きく変化することがわかった。これは、結晶内に存在するフッ化物イオン量の違いを反映していると考えられる。Bi2VO5Fを合成する際に、フッ素源としてポリフッ化ビニリデンを加えて加熱処理をすると、再現性よく試料が合成できることがわかった。ポリフッ化ビニリデンを加えることで、フッ化物イオンの分圧を安定的に再現することが可能になったためであると考えられる。フッ化物イオンの不定比性は、高いイオン伝導性を示唆する結果であると考えられる。現在、合成条件を変えた試料を用いて、イオン伝導度と結晶構造の関係を調べている。