【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.21】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UE5292

利用課題名 / Title

X線回折装置などを用いた無機材料の構造解析

利用した実施機関 / Support Institute

電気通信大学 / UEC

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies

キーワード / Keywords

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

市川 諒英

所属名 / Affiliation

日亜化学工業株式会社

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

中村 淳

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

北田 昇雄,松橋 千尋

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,共同研究/Joint Research

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UE-004：DSC粉末X線同時測定装置
UE-018：精密構造解析用X線回折装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

結晶構造データベースとシミュレーションを活用して、新しいLi⁺イオン伝導性固体電解質の探索を行っている。この方法による材料開発では、実験とシミュレーションの特性が一致するかどうかを検証することが重要である。これまで、Li₄SiO₄を参照試料として使用してきた。同じリチウムシリケートのLi₂SiO₃も伝導性を持つ材料であり、こちらも新たに参照試料に用いることとした。Li₄SiO₄は、孤立したSiO₄四面体の隙間にLi⁺が配置される結晶構造（P21/m）を持つ。一方、Li₂SiO₃は鎖状のSiO₄四面体の隙間にLi⁺が配置される結晶構造（Cmc21）を持ち、両者のフレームワークには違いがある。今回の機器利用では、構造の異なるこれらの材料に関して、実験とシミュレーションが整合するかを検証するために、粉末X線回折測定を行った。測定結果から格子定数を見積もり、それを第一原理計算や機械学習ポテンシャル計算の結果と比較した。

実験 / Experimental

Li₄SiO₄は、株式会社豊島製作所製の粉末を使用した。一方、Li₂SiO₃はLi₂CO₃とSiO₂を用いた固相合成で得た粉末を使用した。DSC粉末X線同時測定装置や精密構造解析用X線回折装置で集中法測定を室温下で実施した。Cu K_a線源と1次元検出器を用いた。入口側と出口側のスリットや測定角度範囲は適宜変更した。測定は、0.01deg/stepの連続走査で行った。試料は、ガラス試料板や無反射試料板に充填した。得られたデータを所属機関に持ち帰り解析した。格子定数の評価は、回折線の最大強度の2θ角を使って実施した。

結果と考察 / Results and Discussion

Li₄SiO₄粉末（Sample1）とLi₂SiO₃粉末（Sample2）は、結晶構造データベースに登録されているデータとほぼ一致することが確認された（図１、図２）。ただし、Li₂SiO₃粉末にはLi₄SiO₄が含まれていた。RIR法で質量分率を見積もった結果、Li₂SiO₃ : Li₄SiO₄ = 69 : 31 であった。両者の格子定数を求め、シミュレーションの結果と比較したところ、Li₂SiO₃のc軸方向を除いて、実測値とシミュレーション値の差は+1%以内であることがわかった（表１）。このことから、構造の異なるこれらの材料について、実験とシミュレーションの整合性を検証できたと考える。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１　Li₄SiO₄粉末（Sample1）のX線回折の測定結果

図２　Li₂SiO₃粉末（Sample2）のX線回折の測定結果

表１　Li₄SiO₄及びLi₂SiO₃の格子定数

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

共同研究者 / 電気通信大学　情報理工学研究科基盤理工学専攻　中村淳教授

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件