2019 Fiscal Year Annual Research Report
Ion migration enhancement and new device creation by elastic waves based on mechano-electro-chemistry
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16K13657
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
井口 史匡 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00361113)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 酸化物イオン導電体 / イットリア安定化ジルコニア / 歪み効果 / 弾性波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は物体内を伝搬する縦波弾性波により引き起こされる密度の粗密が，静的に外部から力が加えられることで生じる歪みとある瞬間においては相似していることに着目し，固体イオン導電体が外部から静的な歪みを受けることで導電率が変化する“歪み効果”を，物体に容易に適用できる弾性波を用いて引き起こし，エネルギー変換デバイスの性能向上や新たなデバイス創成に繋げることを目的とした。
石英ガラス細板を導波管とし，板上に酸化物イオン導電体であるイットリア安定化ジルコニア（YSZ）を成膜した試験片に圧電アクチュエータを用い弾性波を印可することで，100マイクロ歪みに相当する弾性波が導入された状態で定電圧下における直流電流を700℃の高温で計測可能な装置を作製し，弾性波印可下における直流電流の変化を観察した。その結果，弾性波の印可により直流電流は明確に増加し，さらに弾性波の強度すなわち加わる最大歪みの増加に対して明確な依存性を示した。また，歪みを応力に換算するとその増加率は0.68%/MPaとなった。新たに構築したモデルを用いた解析から，この増加は，静的な歪み効果と同様の効果が弾性波により生じていることが示され，同時に静的な歪み効果で報告されていた，YSZの圧縮と引張歪みに対する異方性が実在する事が確認された。
本研究を通して得られた成果として，まず弾性波が固体イオン導電体に引き起こす歪み効果を世界で初めて直接観察したことである。この結果を基に査読付き論文2報，国際会議発表2件等を行っている。また，この結果から，弾性波によるSOFC等，高温エネルギー変換デバイスの電気化学的性能向上の可能性を提唱できたこと。最後は，弾性波を用いた時間領域解析による固体イオン導電体の歪み効果の計測手法を確立したことである。
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