ナノ構造イオン伝導性人工格子における界面イオンダイナミクス

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450262
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 湯上 浩雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60192803)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 貞衛 千葉工業大学, 研究所, 教授 (80005892) ; 川田 達也 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (10271983) ; 連川 貞弘 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40227484)
• Keywords: 固体電解質 / イオン導電体 / ナノ構造 / 人工格子 / 微細加工 / イオンダイナミクス / レーザーアブレーション

Research Abstract

固体電解質を用いた燃料電池(SOFC)は、より高効率で耐久性が有るが、将来的に使われるためにはイオン伝導性材料や電極材料の性能向上のための革新的ブレークスルーが必要である.本研究では,材料の機能性を決定する大きな要因である界面を,ナノスケールで周期的に有するイオン伝導性(固体電解質)人工格子材料を作製する.本研究では,イオン伝導性超微粒子(0次元)や周期的ナノ孔内に導入されたイオン伝導性ナノ細線(1次元)を作製し,それら人工格子の構造の解析,及び格子内部や界面でのイオンダイナミクスを,光学的・電気化学的手法により評価し,高機能性固体電解質の開発に関する指針を得ることを目的としている。
前年度までに、高周期性ナノ細孔を有する固体電解質材料の作製を目指して、周期100nm(孔経40-50nm)程度の高周期構造が10×15mmの範囲で形成されているアルミナ系細孔薄膜の作製をまず行い、この薄膜をテンプレートに用いて,高速原子線露光装置(FAB)を用いて固体電解質薄膜上にこの構造を転写して,ナノ細孔構造固体電解質人工格子を作製した。本年度は、環境制御型走査型プローブ顕微鏡の改造を行い、試料表面500℃程度までの温度領域で,交流インピーダンスアナライザーや直流電源を用いたインピーダンス特性をナノ空間分解能で測定できるようになった。また、Nd : YAGレーザーを購入して、ナノ周期構造による人工格子薄膜の作成が可能となる製膜装置を設計・製作した。RHEEDとの組合せにより原子層オーダーでの製膜が可能であることがわかった。

Research Products

• [Publications] Y.Kanamori, K.Hane, H.Sai, H.Yugami: "100nm Period Silicon Antireflection Structures Fabricated Using a Porous Alumina Membrane Mask"APPLIED PHYSICS LETTERS. 78. 142-143 (2001)
• [Publications] Harumi Yokokawa, Natsuko Sakai, Teruhisa Horita, Katsuhiko et.al: "Phase Diagram Calculations of ZrO_2-Based Ceramics with an Emphasis on the Reduction/Oxidation Equilibria of Cerium Ions in the ZrO_2-YO_<1.5>-CeO_2-CeO_<1.5>"Journal of Phase Equilibria. 22. 331-338 (2001)
• [Publications] S.Matsuo, H.Yugami, M.Ishigame: "Local Proton Dynamics in Perovskite-type Protonic Conductors by Spectral Hole Burning Spectroscopy"Physical Review B. 64. 024302-1-024302-6 (2001)
• [Publications] S.Yamaguchi, H.Yugami, S.Ikeda: "Operation of Hudrogen-air Fuel Cells Based on Proton Conducting Oxides and Hydrogen Strage Metals"Journal of Alloys and Compounds. 330-331. 911-915 (2002)
• [Publications] H.Yugami, H.Yoneta, H.Sai: "FRABRICATION OF PROTONIC CONDUCTORS WITH NANO-STRUCTURED SURFACE BY POROUS ALUMINA MEMBRANE MASK"Solid State Ionics. 印刷中. (2002)