量子化学計算による軽元素近傍局所構造解析と材料開発への応用

使用量子化学计算进行近轻元素局部结构分析及其在材料开发中的应用

• 批准号: 02J01611
• 负责人: 巽 一厳
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Nagoya University (2003)Kyoto University (2002)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02J01611/
• 关键词: 量子化学計算; X線吸収スペクトル; 電子線エネルギー損失スペクトル; 水素; サイアロン; 局所構造; 水素吸蔵合金; 弾性定数; 固溶体

実験的手法のみからでは得ることが困難な、軽元素や固溶元素の局所的な原子・電子構造について第一原理的な計算手法を援用して知見を得ることを本研究では行ってきた。具体的には、量子化学計算と、その計算との直接的な比較が可能な分光学的実験とを、相補的に組み合わせることで以下に示す成果が得られた。1)EELSスペクトルに見られる固体中水素の影響これまで、研究担当者は、代表的な水素吸蔵合金である水素による化学結合変化と弾性的性質について調べてきた。分光的手法から水素の及ぼす影響についての知見を得ることで、水素吸蔵におけるメカニズムについて理解が得られ、望ましい材料形態が明らかになると期待される。本研究では、透過型電子顕微鏡内でそのような知見を得る可能性をもつ電子線エネルギー損失分光(EELS)に反映される水素の影響について基礎的な知見を得ることを目的とした。モデル実験として、金属Tiとその水素化物のEELSスペクトルを測定した。Ti L_<2.3>励起端微細構造において、水素によりスペクトルのピーク幅がサブeVのオーダーで減少していることが見出された。この変化は、量子化学計算から得られた理論スペクトルにおいても見られ、Ti同士の化学結合の弱化を示すものであることがわかった。2)サイアロンセラミックスにおける原子配列とX線吸収分光これまで、研究担当者は、サイアロンの溶質原子の分布・結合のプリファレンスについて第一原理計算からエネルギー的考察を行ってきた。本研究ではX線吸収分光により溶質原子周囲の局所構造について調べた。Al K吸収端微細構造において、第一ピークの位置は励起原子の局所環境を反映して化学シフトすることが確認された。構造用材料として広く使用されるβ-サイアロンのみならず、高圧相として近年合成されたスピネル型サイアロンにおいても同様の化学シフトが見られた。

The method of calculation of the first principle is applied to the calculation of the atomic and electronic structures of the elements and solid solution elements. Specific quantum chemical calculations and direct comparisons are possible for optical systems and complementary systems. 1) EELS is responsible for the study of the effects of water in solids on the chemical bonding and chemical properties of water-absorbing alloys. The method of spectroscopic analysis is to obtain the knowledge of water absorption and the influence of water absorption on the understanding of material morphology. In this study, we investigated the possibility of obtaining basic knowledge of electron beam loss spectroscopy (EELS) in transmission and transmission electron micromirrors. The determination of the EELS of the hydrate of metal Ti Ti L_excitation micro-structure, water element, etc.<2.3>The chemical and quantum chemical calculations were performed on the basis of theoretical data. 2) Atomic alignment and X-ray absorption spectroscopy for the study of the distribution and binding of solute atoms in the solution of organic compounds. In this study, X-ray absorption spectroscopy was used to investigate the molecular structure of solute atoms. Al K absorption end microstructure, the first position of the excitation atom local environment to reflect the chemical analysis The use of structural materials in recent years has led to the discovery of beta-and high-pressure phase mixtures.

项目成果

K.Tatsumi, I.Tanaka, K.Tanaka, H.Inui.M.Yamaguchi, H.Adachi, M.Mizuno: "Elastic constants and chemical bondings of LaNi_5 and LaNi_5H_7 by first principles calculations"Journal of Physics : Condensed Matter. 15. 6549-6561 (2003)

K.Tatsumi、I.Tanaka、K.Tanaka、H.Inui.M.Yamaguchi、H.Adachi、M.Mizuno：“通过第一原理计算得出 LaNi_5 和 LaNi_5H_7 的弹性常数和化学键”物理学杂志：凝聚态物质。

I.Tanaka, K.Tatsumi, F.Oba, H.Adachi: "First-Principles Calculations of Silicon Nitrides and SiAlONs"Key Engineering Materials. 247. 149-154 (2003)

I.Tanaka、K.Tatsumi、F.Oba、H.Adachi：“氮化硅和 SiAlON 的第一性原理计算”关键工程材料。

K.TATSUMI, I.TANAKA, H.ADACHI, M.YOSHIYA: "Atomic structures and bondings of beta and spinel-Si_<6-z>Al_zO_zN_<8-z> by first principles calculations"Physical Review B. 66. 165210 (2002)

K.TATSUMI、I.TANAKA、H.ADACHI、M.YOSHIYA：“通过第一原理计算得出 β 和尖晶石-Si_<6-z>Al_zO_zN_<8-z> 的原子结构和键合”物理评论 B. 66. 165210