2006 Fiscal Year Annual Research Report
酸化物固体電解質ナノ粉末の合成及びイオン伝導特性と焼結体微細構造の相関性評価
| Project/Area Number |
15510084
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
森 利之 独立行政法人物質・材料研究機構, 燃料電池材料センター, 副センター長 (80343854)
|
|---|
| Keywords | ナノ組織制御 / マイクロドメイン / ドープドセリア / 固体電解質 / 燃料電池 / 微細構造解析 / 透過型電子顕微鏡 / 散漫散乱 |
|---|
| Research Abstract |
平成18年度は、これまで検討を行ってきたSm_xCe_<1-x>O_<2-x/2>、Gd_xCe_<1-x>O_<2-x/2>、Ho_xCe_<1-x>O_<2-x/2>及びTb_xCe_<1-x>O_<2-x/2>(x=0.05,0.1,0.15,0.2,0.25)の焼結体中に現れるナノ構造の違いが、焼結体物性に与える影響を最終的に整理することを目的に、各組成において炭酸塩共沈法により、平均粒径30-40nm程度の球状粒子の作製を行い、1400℃の常圧焼結により、高密度焼結体(相対密度95%以上)を作成したうえで、直流法により測定した導電率の組成依存性と、高分解能分析電子顕微鏡によるナノ構造観察を行った。
その結果、イオン伝導性を示すSm_xCe_<1-x>O_<2-x/2>及びGd_xCe_<1-x>O_<2-x/2>系の焼結体中では、これまで報告したように、マイクロドメインが発生し、その内部には2から3atm%程度、マイクロドメイン外部より高い濃度でドーパントが凝集するものの、Ce^<3+>が含まれる割合は極めて小さいという特徴をもつこと。一方、明確なn型半導性を示すHo_xCe_<1-x>O_<2-x/2>及びTb_xCe_<1-x>O_<2-x/2>系の焼結体中では、マイクロドメインではなく、わずか数nmの大きさの析出領域中に、8から9atm%程度の高濃度にドーパントが凝集し、そのうえ、多量のCe^<3+>が含まれており、こうした微小析出領域が、ホタル石構造の中に共存していることが明らかになった。
イオン伝導性を示すセリア焼結体中のマイクロドメインも、n型半導性を示すセリア焼結体中の析出領域も、その大きさは、たかだか数nmから十nm程度であるが、焼結体試料全体に分散しており(暗視野像により確認)、こうしたX線回折試験の検出限界以下に埋もれたナノ構造の詳細な解析が、セリア系固体電解質の物性を理解するうえで、極めて重要であることが、本研究によりはじめて明らかになった。
|
