51探花

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　熊谷悠

【発表のポイント】

• 固体酸化物形燃料电池、酸素センサー、分离膜などに不可欠な酸化物イオン伝导体について、约60年にわたる文献を精査し、483种类の酸化物を収録した高品质データセットを构筑しました。
• 文献中で、异なるアレニウス式^（注１）に基づいて算出された伝导度に関して、元论文の図表を手作业で再点検?再プロットすることで、活性化エネルギーや前因子^（注２）を统一的に再评価しました。
• 本データベースを用いて解釈可能な回帰モデルを构筑し、酸化物イオン移动が主に局所配位环境と静电相互作用に支配されることを示しました。

【概要】

酸化物イオン伝导体は、固体酸化物形燃料电池や酸素センサー等を支える重要材料です。しかし、多様な材料を横断的に比较できる体系的なデータ基盘は十分に整っていませんでした。

東北大学金属材料研究所のJang Seong-Hoon特任助教、清原慎講師、熊谷悠教授、同大学大学院工学研究科の高村仁教授らの研究グループは、過去約60年の実験報告を網羅的に調査し、伝導度の代表的指標である活性化エネルギーと前因子を整理したデータセットを构筑しました。

本研究では、84报の実験论文から483种类の酸化物を収録しました。特に、过去文献に散见される误ったアレニウス式による解析を见直し、原论文の図表からデータ点を再抽出?再计算することで、比较可能性と再现性の高い高信頼データ基盘を実现しました。

さらに、このデータセットを用いて构筑した解釈可能な回帰モデルを构筑しました。その结果、活性化エネルギーは局所构造环境に、前因子は金属―酸素间のクーロン相互作用に强く依存することを明らかにしました。

本成果は、過去の知見を整理するだけでなく、今後の新材料探索や機械学習ポテンシャルの検証に活用できる基盤を提供するものです。信頼性の高い「AI ready」な実験データの整備により、次世代の酸化物イオン伝導体設計が加速することが期待されます。

本研究成果は、2026年4月1日付でデータ论文誌Scientific Dataに未编集版としてオンライン掲载されました。

図1. 本研究におけるデータセット構築?キュレーションの流れ。文献探索、対象データの選別、アレニウスプロットの再評価という一連の手順を示しています。特に、誤った式の使用に起因する系統誤差を補正するため、元論文の図表からデータ点を再抽出し、活性化エネルギーと前因子を統一的に再計算した点が本研究の重要な特徴です。

【用语解説】

注1. アレニウス式
イオン伝导体では、イオンの移动しやすさが温度に强く依存し、その関係はアレニウス式で表されます。一般に、温度が高いほどイオンは动きやすくなり、イオン伝导度も高くなります。これは、イオンが移动する际に越える必要のあるエネルギー障壁（活性化エネルギー）が存在するためです。また、この式に现れる係数は前因子と呼ばれ、イオンのジャンプ频度や移动可能な状态数などを反映しています。活性化エネルギーと前因子から、材料中でのイオンの动きやすさを定量的に评価できます。

注2. 前因子
イオン伝导度を算出する式において、活性化エネルギーとは独立した、イオンが隣のサイトへ移动しようとする「试行频度」を表します。本研究では、この前因子が金属と酸素の间の引き合う静电相互作用に支配されていることを明らかにしました。

【论文情报】

タイトル：Charting the Landscape of Oxygen Ion Conductors: A 60-Year Dataset with Interpretable Regression Models
著者： Seong-Hoon Jang*, Shin Kiyohara, Hitoshi Takamura, Yu Kumagai*
*責任著者：東北大学金属材料研究所　特任助教Seong-Hoon Jang、教授　熊谷 悠
掲載誌：Scientific Data
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问い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学 金属材料研究所
教授　熊谷 悠
罢贰尝：022-215-2106
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（报道に関すること）
東北大学 金属材料研究所
情报企画室広报班
罢贰尝：022-215-2144
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