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KOWADA Yoshiyuki

FacultyMathematics and Natural Sciences
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Last Updated :2025/04/12

Researcher Information

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Research Interests

  • DVーXα法   ゾル-ゲル法   電子状態   電子状態計算   分子軌道法   薄膜   TiO_2   ガラス構造   融液構造   テルライト系ガラス   高温ラマンスペクトル   光触媒   パターニング   光吸収   光化学反応   光起電力   TiO_2薄膜   クラスタ-モデル   遷移金属酸化物   安定化剤   電子線エネルギー損失分光   正極材料   エレクトロクロミック素子   第一原理計算   金属基板   撥水性   密着性   超イオン伝導体   酸素欠陥   結晶化速度   

Research Areas

  • Nanotechnology/Materials / Inorganic materials

Academic & Professional Experience

  • 2013 - Today  Hyogo University of Teacher EducationGraduate School of Education教授
  • 2007 - 2013  Hyogo University of Teacher EducationGraduate School of Education准教授
  • 1997 - 2007  Hyogo University of Teacher EducationFaculty of School Education助教授
  • 1993 - 1997  Hyogo University of Teacher EducationFaculty of School Education講師
  • 1988 - 1993  Hyogo University of Teacher EducationFaculty of School Education助手

Education

  • 1986 - 1988  Osaka Prefecture University  Graduate School of Engineering  応用科学専攻

Association Memberships

  • ＤＶ−Ｘα研究協会   The Ceramic Society of Japan   THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN   

Published Papers

Books etc

  • 新版 はじめての電子状態計算
    足立裕彦; 小笠原一禎; 小和田善之; 坂根弦太; 水野正隆 (Joint work)2017/11
  • 自然科学のためのはかる百科
    渥美茂明ほか (Joint work第２章 ２．６ 元素にわける)丸善出版 2016
  • The DV-Xα Molecular-Orbital Calculation Method
    Y. kowada; K. Ogasawara (Joint workChapter 1 The DV-Xα Molecular orbital Calculation Method and Recent Development)Springer 2015
  • 全固体電池開発の最前線
    辰巳砂昌弘監修 (Joint work第８章 硫化物ガラス系固体電解質のイオン伝導性と計算化学)シーエムシー出版 2011
  • はじめての電子状態計算
    小和田善之; 田中功; 中松博英; 水野正隆 (Joint work)三共出版 1998

Conference Activities & Talks

  • 溶媒効果を考慮した分子軌道計算の試み  [Not invited]
    小和田善之
    第３６回ＤＶ−Ｘα研究会  2024/09
  • Li+イオン固体電解質の電子状態  [Invited]
    小和田善之
    電池技術委員会第４１７回委員会（電気化学会）  2023/09
  • Li イオン固体電解質の水分子との反応性と第3成分元素の添加効果  [Not invited]
    小和田善之
    第３５回ＤＶ−Ｘα研究会  2023/09
  • DV−Xα計算支援環境 on Mac の開発  [Not invited]
    小和田善之
    第３４回ＤＶ−Ｘα研究会  2022/09
  • 硫化物系 Li+イオン固体電解質表面に吸着した水分子の電子状態  [Not invited]
    小和田善之
    第３４回ＤＶ−Ｘα研究会  2022/09
  • Electronic state of sulfide-based sodium ion conducting solid-state electrolytes  [Invited]
    Y. Kowada; Y. Akaki; A. Hayashi; M. Tatsumisago
    Pacifichem 2021  2021/12
  • Li2S-P2S5系固体電解質表面への水分子の吸着と反応性  [Not invited]
    小和田善之
    ＤＶ−Ｘα研究会 2021  2021/08
  • 全固体リチウムイオン電池材料の化学結合状態と電子遷移スペクトル  [Invited]
    小和田善之
    関西分析研究会  2019/12
  • Electronic state of sulfide-based alkali-ion conducting solid-state electrolytes applied to all-solid-state secondary batteries  [Invited]
    Y. Kowada; Y. Akaki; A. Hayashi; M. Tatsumisago
    The 7th International Conference on DV-Xα Method (IDCM)  2019/09
  • 硫化物系Na+イオン伝導体中の伝導イオンの電子状態  [Not invited]
    小和田善之; 赤木恭和; 林晃敏; 辰巳砂昌弘
    粉体粉末冶金協会2019年度春季大会  2019/06
  • Electronic state of sulfide-based solid-state electrolytes applied to all-solid-state lithium ion secondary batteries  [Invited]
    Yoshiyuki Kowada
    22nd International Conference on Advanced Materials and Simulation  2018/12
  • 第３成分を添加したLi2S-P2S5系固体電解質の電子状態  [Not invited]
    小和田善之; 林晃敏; 辰巳砂昌弘
    第３１回ＤＶ−Ｘα研究会  2018/08
  • 撥水性・滑油性シリカゲル薄膜表面の電子状態  [Not invited]
    清水友理; 小和田善之
    第３１回ＤＶ−Ｘα研究会  2018/08
  • pH 指示薬含有シリカゲル薄膜の作製とpH 応答性  [Not invited]
    友清裕亮; 小和田善之
    日本理科教育学会第６７回全国大会  2017/08
  • 撥水性・滑油性シリカゲル薄膜の作製と表面の電子状態  [Not invited]
    清水友理; 小和田善之; 栃下玲奈
    第３０回ＤＶ−Ｘα研究会  2017/08
  • Li3PS4 固体電解質の電子状態と電極反応過程の解析  [Not invited]
    小和田善之; 林晃敏; 辰巳砂昌弘
    第３０回ＤＶ−Ｘα研究会  2017/08
  • Theoretical Analysis of XPS and XANES of the LiNbO3 film by the DV-Xα method  [Not invited]
    Yoshiyuki Kowada; Akiko Nakao; Atsuhi Sakuda; Tomonari Takeuchi; Keisuke Yamanaka; Toshiaki Ohta
    The 21st International Conference on Solid State Ionics (SSI-21)  2017/06

MISC

Awards & Honors

  • 2018/08 The Society of DV-Xalfa Distinguished contribution Award
     「新版 はじめての電子状態計算」の出版と講習会によるＤＶ−Ｘα法の普及活動 
    受賞者: 坂根弦太;足立裕彦;小笠原一禎;小和田善之;水野正隆
  • 2013/08 The Society of DV-Xalfa academic award
     ＤＶ−Ｘα法の無機機能性材料の電子状態解析への応用 
    受賞者: Yoshiyuki Kowada
  • 2009/08 The Society of DV-Xalfa Distinguished contribution Award
     ＤＶ−Ｘα法の発展期から現在に至る計算法の普及およびガラス研究への適応による手法の深化 
    受賞者: Yoshiyuki Kowada
  • 1998/01 The Ceramic Society of Japan the 52nd Progress award
     ＤＶ−Ｘα法による新規ガラスの電子状態の解明と構造解析 
    受賞者: Yoshiyuki Kowada
  • 1997/06 日本化学会 第７２春季年会講演奨励賞
     
    受賞者: 小和田善之
  • 1995/08 The Society of DV-Xalfa The 1st Encouragement Award
     
    受賞者: Yoshiyuki Kowada

Research Grants & Projects

  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    Date (from‐to) : 1999 -2003 
    Author : 田中 功; 小和田 善之; 小笠原 一禎; 西谷 滋人; 足立 裕彦
     
    本班究のねらいは第一原理のみに基づいた量子化学計算により,構造欠陥や界面に基づいた損失のない場合の電池電圧や容量といった本質的な電池特性を算出し,原子配列や組成との関連性を理解することにある. 本年は,第2班との密接な連携のもとで,Mn系スピネルでの酸素欠損型欠陥のエネルギーを詳細に検討した.手法としては,構造最適化の精度が高く,かつ効率の良い平面波基底・擬ポテンシャル法を用いた.この酸素欠損型欠陥は,電池の寿命などの動的特性に大きな影響を持っていることが実験的に知られていたが,その原子論からのメカニズムは知られていなかった.本研究の結果,世界で初めて,Mn系スピネルでの酸素欠損型が酸素空孔ではなく,格子間金属によるものであることが判明した.これは,第2班での密度測定や原子拡散の実験結果と良く合致する.X線吸収スペクトルの解釈のための多電子系第一原理計算プログラムを開発し,第2班で得られた実験結果の解釈を行った.その結果,LiNiO2からLiのデインタカレーションに伴う電子構造変化は,従来考えられていたようなNiの酸化によるのではなく,酸化物イオンが酸化することによることが明らかにされた.さらに第1班,第2班との連携のもと,固体電解質中でのLiの拡散メカニズムを決定する素因子を理解するための計算を行った. 計算結果は,他班の実験グループと共有し,分光実験の結果の解釈や,新規材料探索に応用できる体制になっている.
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    Date (from‐to) : 2001 -2002 
    Author : 小和田 善之
     
    本研究の目的は、吸収端が250 300nm付近となるため、光触媒や光起電能の発現に、紫外光が必須であるTiO_2薄膜について、屋内外で、より効率的に光反応を起こすために、その可視光領域における光吸収の増感を検討することであった。このような増感剤添加により得られるTiO_2薄膜における光機能性は、TiO_2膜と添加した色素あるいは遷移金属イオンの両方の電子状態により発現し、そのメカニズムを定量的に解析するために、TiO_2膜自体のみならず、添加された色素あるいは遷移金属イオンの電子状態を同時にかつ正確に求める必要があるため、経験的なパラメーターを全く用いない、いわゆる第一原理分子軌道計算法の一つであるDV Xα法を用い、その電子状態を算出した。 まず、有機-無機複合TiO_2薄膜の作製には、Tiアルコキシドに対してキレート環を形成する有機物の添加が有効であることから、様々なβ-ジケトンが配位したTiアルコキシドの光反応性について検討を行った。その結果、置換基の共鳴系を長くすると、HOMO-LUMO間のエネルギー差が小さくなること、また、光を吸収した時に電子が主に遷移すると思われるLUMO付近の軌道は、キレート環内のC-Oに関する反結合性の成分を含む軌道であることがわかった。このことから、用いるβ-ジケトンの共鳴系の長さを調節することにより、任意の波長に吸収をもたせることができる可能性のあることが明らかになった。また、TiO_2中に種々の不純物を添加したモデルについて考察した結果、遷移金属イオンを添加した場合は、不純物による準位が極めて局所的であり、光起電力など物性の可視領域化には有効でないことがわかった。また、アニオンを置換したほとんどの場合、酸化チタンのバンドギャップには変化が見られなかった。このような中で、Pイオンでチタンサイトを置換したモデルでは、伝導帯を形成する新たな準位がTiO_2のバンドギャップ内に現れること、またNイオンを添加した場合にのみ、HOMOのエネルギーが上昇し、バンドギャップが小さくなることを見いだした。これらの成果については、日本セラミックス協会2001年ガラス討論会および2002年春季年会において発表を行った。
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 1994 -1995 
    Author : MINAMI Tsutomu; KONDO Shigeo; TANAHASHI Ichiro; MACHIDA Nobuya; TADANAGA Kiyoharu; TATSUMISAGO Masahiro
     
    (1) New composite materials in which alpha-Agl was frozen in the superionic conducting glasses exhibited extremely high ion conductivities of about 10^<-2> - 10^<-1> Scm^<-1> at room temperature. (2) Kinetics for nucleation and growth of alpha-Agl crystals in Agl-based silver orthoborate glasses were studied by isothermal and nonisothermal measurmentsby DSC.A constant number of nuclei of alpha-Agl precipitated in a glass matrix grew three-dimensionally. (3) Composite silica gels containing HC10_4, WPA,H_2SO_4, or H_3PO_4 were prepared by the sol-gel method. The conductivities of the silica gels doped with the acid above ranged 10^<-4>-10^<-1> Scm^<-1>. (4) In the EC cell using HC10_4-doped silica gel film as a solid electrolyte remarkable coloration was observed when d.c. voltage was applied. (5) A conduction path of proton may be formed in the acid-doped silica gel structure and the interaction between the conduction paths and the silanol groups would affect the conductivities. The smaller interaction probably reslults in the higher proton conduction of the doped silica gel films.
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    Date (from‐to) : 1993 -1993 
    Author : 小和田 善之
     
    テルライト系ガラスは、高屈折率、高熱膨脹率、低融点などの特性を示すことから、近年様々な分野での応用が期待されているニューガラスのひとつである。このガラスは対称性の低い構造単位であるTeO_4三方両錐構造や、TeO_3三方錐構造からなる特異なガラス構造を持つと言われており、その構造の詳細についても興味がもたれている。本研究では高温ラマンスペクトルを用いることにより、種々の第二成分を含むテルライト系ガラスの結晶化及び融解時の構造変化について検討した。また、DV-X_クラスター法によりテルライト系ガラス中の各種構造単位の電子状態を検討した。その結果、___2,___2,___2,WO_3などを第二成分として含む系において、加熱時にガラス転移温度以下の温度域において、ガラス中の非架橋酸素を含むTeO_3三方錐構造の存在比が増加するという一般的なガラスでは観測されない特異な構造変化が生じることがわかった。また、結晶化に伴い、ラマンスペクトルに見られるピークの半値幅は大きく減少し、この結晶が融解する際には、非架橋酸素を含むTeO_3三方錐構造の存在比が室温のガラスに比べ非常に大きくなることがわかった。通常のガラス生成系では、室温におけるガラスと対応する融液の構造はよく類似すると考えられるがテルライト系では融液とガラスの構造が異なることがわかった。また、DV-X_クラスター法による計算の結果、テルライト系ガラスを構成する構造単位であると考えられているTeO_4三方両錐構造では、Teとの結合距離の長いアキシャル位置(O_)と距離の短いエクアトリアル位置(O_)の2種類の酸素が存在するが、Te-O_はTe-O_に比べ結合強度を示す結合次数が極端に小さく、テルライト系ガラスがO_-Te-O_からなる三角形の分子状構造を単位とするいわゆる分子結晶のような構造をとることが示唆された。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    Date (from‐to) : 1992 -1992 
    Author : 足立 裕彦; 小和田 善之
     
    最近,ガラスの生成法としてゾル・ゲル法やCVD法などの新しい方法が開発され、従来とは異なる機能性をもつガラスが生成可能となり注目されている。これら新しい機能性ガラス,探索は実験的研究に加えて理論面からの研究が不可欠である。本研究では新しい機能性を有する,SiO_2系ガラスやP_2O_5系ガラスの電子状態を理論的に理解し,新しい機能性ガラスの材料設計の指針をつくることを目的としている。 本年度はまず,SiO_2系およびP_2O_5系ガラスのモデルクラスターSiO_4^<4->,PO_4^<3->,SiO_2O_7^<6->,P_2O_7^<4->,Si_3O_9^<6->,P_3O_9^<3->などの分子軌道計算をdiscrete variational Xα法を用いて計算した。その結果(1)被占軌道と空軌道とのエネルギーギャップは重合が進みクラス4-が大きくなると,小さくなる。(2)XO_4^(X=Si,P)を結なぐ架橋酸素に起因する準位がO2Pバンドの下に限られる。(3)Siと非架橋酸素との結合は架橋酸素との結合より強く,また両結合とも重合が進むと強くなっていく。X=Pの場合も同様の傾向を示す。(4)両系ともイオン性は重合が進むと小さくなっていく。以上のことがわかった。 次にリン酸過剰の超急冷ガラスの構造を調べるため環状や枝状構造のクラスターを仮定して計算した結果,枝状クラスター中のリン一架橋酸素の結合はチェイン状やリング状のクラスターのものより弱く不安定であることがわかった。 またテルライドガラスの構造および電子状態を調べるため,高温のラマンスペクトルの測定も同時に行っている。
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 1990 -1991 
    Author : ADACHI Hirohiko; TAKANO Mikio; KOWADA Yoshiyuki
     
    Transition metal ions in their oxides show various valence states which cause variety of physcal and clemical properties. however, the valence states of the transition metal ions have not well been understood, because of their complexity, namely, d orbital levels, interatomic interactions due to overlap between metal d and oxygen p orbitals. In the present research, we have calculated the electronic structures of cluster models for the transition metal oxides by the use of the DV-X alpha method, and have investigated valence states and chemical bondings of the transition metal lolls. It is noted that mixed valent states tend to appear in the oxides of high-valent ions such as Fe^<4+> and Cu^<3+> which possess interesting physical properties. At low temperatures, disproportionation reaction 2Fe^<4+> -> Fe^<3+> + Fe^<5+> in a perovskite type Fe^<4+> oxide has been reported. Among Cu^<3+> oxides, high-temperature superconductivity has been found. The results of the cluster model calculations for these oxides show good agreement with various experimental results. For Fe^<4+> oxide, the calculation can well explain the experimental results of Mossbauer effect and the model that the disproportionation reaction is caused by quenching of lattice vibration at low temperature has been proved. For Cu^<3+> oxide, the results of calculations are in good agreement with the experimental photoemission spectra and can interpret the magnetic properties of high-temperature superconductors. For both these oxides, a large amount of charge transfer from oxygen to metal is one of the characteristics of the electronic state.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 1989 -1990 
    Author : MINAMI Tsutomu; KAWADA Yoshiyuki; ADACHI Hirohiko; MACHIDA Nobuya; TATSUMISAGO Masahiro; TOHGE Noboru
     
    The sol-gel process, which starts from metal-alkoxides, is one of the pomising processes for the preparation of coating films. This research project was carried out to develop the sol-gel process for the coating of oxide films on metal substrates and thereby to modify the properties of their surfaces. The following results were obtained. 1. The incorporation of methyl groups into SiO_2 coatings enabled to bend and press metal substrates without pealing of the coatings. The pre-treatment of the substrates with a solution of chromic acid and sulfuric acid improved the adhesion of SiO_2 coatings on the metal surfaces due to the formation of oxide layers. 2. ZrO_2 films were continuously coated on metal sheets using zirconium octylates as starting materials. Moreover, the incorporation of fluorine into ZrO_2 films brought about the good water repellency. 3. Highly hydrolyzable metal alkoxides, such as Al-alkoxides, were stabilized with beta-diketones and amines. The effects of stabilizer were however found to be greatly dependent on solvents. 4. PbTiO_3 -pbzro_3 ferroelectric films were prepared in an ambient atmosphere from alkoxides of Ti and Zr stabilized with acetylacetone. 5. Preparation conditions of passivation films in the MO-B<@D22@>D2O<@D23@>D2-SiO<@D22@>D2 (M=Mg, Zn) and P<@D22@>D2O<@D25@>D2-B<@D22@>D2O<@23@>D2-SiO<@D22@>D2 systems were examined. The films in the TiO<@D22@>D2-SiO<@D22@>D2 system were also found to have good weathering-resistance for glass substrates. 6. The addition of organic polymers to TiO_2-SiO_2 sols retarded the gelation and gave the gel films on which fine-patterning was possible with a stamper. This finding can be applied to the formation of pregrooves on glass substrates. 7. Ionic-conducting compound LiTi_2(PO_4)_3 was prepared at relatively low temperatures from alkoxides of Li and Ti and phosphoric acid. SiO_2 films containing H_3PMO_<12>O_<40> were also found to show a high proton-conduction.

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