逆バイアス効果が切り拓く蓄エネルギーセラミックスのフロンティア

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近年の急激な加速を続けるエネルギー需要に応えるために蓄エネルギー材料の性能革新が必要不可欠である。その中でも特に蓄エネルギーセラミックスは、高温・高電圧下において電気化学キャパシタや種々の電池と比較して圧倒的に優れた安全性と信頼性を有する材料として強く期待されている。本研究では酸素四面体を主要な構成要素とするABO3+nMO2系化合物に着目し、電場印加に伴って誘電率が増加するユニークな非線形誘電応答（逆バイアス効果）を示す新規物質系を開拓する。申請者らが近年発見したABO3+nMO2系化合物における反強/フェリ誘電性のメカニズムの解明に取り組み、それによって得られる知見に基づいて、従来の蓄エネルギーセラミックスを凌駕する高蓄エネルギー密度と急速充放電性を共に備えた革新的な新材料を創製する。該当年度は、新たなABO3+nMO2系化合物の探索に取り組み、主に以下の成果を得た。①CaTiSiO5に関して分極－電界特性の二重履歴（ダブルヒステリシス）を初めて観測し、同物質が反強誘電体であることを実証した。②SrTiGeO5が優れた逆バイアス効果を示す新しい反強誘電体であることを見出した（低電界下での比誘電率は35程度であるが、200kV/cmにおいて100程度の比誘電率を示すことがわかった）。③KNbSi2O7単結晶の作製方法を確立した。④KNbSi2O7のKサイト、Nbサイト、Siサイトを他の元素で置換することにより、残留分極値を5～40μC/cm2の範囲で制御できることが明らかになった。加えて、ある種の元素を置換すると、フェリ誘電的な分極履歴が得られた。また、結晶構造解析、第一原理計算、分光測定などを相補的に駆使し、ABO3+nMO2系化合物が示すユニークな逆バイアス特性の起源の解明に向けた研究を実施している。