イオンフラックス下におけるイオン・電子伝導体-イオン伝導体界面の安定性解析

离子通量下离子/电子导体-离子导体界面的稳定性分析

• 批准号: 17041002
• 负责人: 鈴木 俊夫
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17041002/
• 关键词: 酸化物伝導体; フェーズフィールドモデル; 数値解析; 電気化学プロセス; イオン伝導体

本研究では、電気化学プロセスに対するフェーズフィールドモデルの構築とイオンフラックス下におけるイオン・電子伝導体-イオン伝導体界面の安定性の解析を目的とした。これまでに提案されたフェーズフィールドモデルはいずれも電気化学界面記述の物理的妥当性を欠くため、系内の電位ポテンシャルは外部条件により与えられるとして、新たなフェーズフィールドモデルを変分原理より導出した。新たに導出したフェーズフィールドモデルを電子-カチオン-アニオンの単純な系に適用し、系内で電気的中性条件が満たされるとして、外部印加電位に伴う電極一電解質界面の変動を解析した。具体的な解析では、適用対象となる系に対する2元系合金状態図を想定し、これより自由エネルギー密度を求め、フェーズフィールドパラメータを決定した。このモデルを用い、ナノスイッチとして用いられるCu_2S-Cu系における電位印加時の架橋プロセス、およびCuSO_4水溶液からのCu電析プロセスの解析を行った。その結果、前者では電圧を印加することによりカチオンが移動し、Cu電極界面の一部が突出し、架橋に至る過程や逆電位印加による架橋の消滅過程も再現できることを示した。後者では、初期電解質濃度あるいは印加電圧を変化させた条件では電析デンドライトの形態やサイズの変化すること、高印加電圧、高電解質濃度の時には主軸が最も肥大した電析形態を示し、低印加電圧、低電解質濃度の時にはdense型と呼ばれるような微細な電析形態を持つことを示した。さらに、電析デンドライト成長速度と印加電圧の関係も、実験報告とほぼ一致する結果がえられた。本モデルはイオン伝導体あるいは混合伝導体にも容易に拡張可能であり、ナノイオニクス界面動的挙動の理解に貢献した。

The purpose of this study is to analyze the stability of electronic conductor interface in the construction of electronic conductor interface. The physical appropriateness of the description of the electrical and chemical interface is due to the internal potential of the system and the external conditions of the system. The analysis of electrode-electrolyte interface dynamics is based on the application of the new electron-neutral condition in the system and the external potential. The specific analysis is to determine the state of the binary alloy, the density of the binary alloy, and the applicable system. Analysis of Cu Electrodeposition in Cu_2S-Cu System under Different Potential Conditions As a result, a part of the Cu electrode interface is projected, bridged, and eliminated. In the latter case, the initial electrolyte concentration may vary from high voltage to high electrolyte concentration, and the main axis may vary from high voltage to high electrolyte concentration. In the case of low voltage and low electrolyte concentration, the dense type may vary from high voltage to low electrolyte concentration. The relationship between the growth rate and the voltage of the sample and the results of the test are consistent. This article makes contributions to the understanding of the dynamics of the interface.

项目成果

A phase-field simulation of bridge formation process in a nanometer-scale switch

• DOI: 10.1016/j.scriptamat.2006.08.043
• 发表时间: 2006-12
• 期刊: Scripta Materialia
• 影响因子: 6
• 作者: Y. Shibuta;Yoshinao Okajima;Toshio Suzuki