2017 Fiscal Year Annual Research Report
Proton pump without power due to non-equilibrium ion diffusion by an electric field
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16K14387
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
神吉 輝夫 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (40448014)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 機能性セラミック材料 / イオン伝導体 / 電界効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
MgO犠牲層エッチングを利用したナノスケールの間隔をもつエヤーギャップを持つ3次元トランジスタを作製し、エアーギャップへの電界印加によって生じる酸化物への侵入電界を利用した電力フリーなプロトン輸送・貯蔵の実証を行った。前年度に立てた研究推進方策通り研究を進めそ、本年度は下記の成果を得た。
１）無電力プロトン輸送の評価モデルの構築
これまでに測定してきたデータを基に、ポアソン方程式と非平衡拡散方程式を組み合わせたモデルを構築を行った。また、VO2格子一つにプロトンが一つ結びつき結晶構造が変化したHVO2という高濃度水素化材料を発見した。また構築したモデルを適応したところ、室温においておよそ100nm^2/sec.もの高移動度で、プロトンが伝播することが分かり、従来の活性化エネルギーでの伝播の100倍以上もの高移動度でプロトンが移動していることが分かった。これは、VO2からHVO2へ結晶構造変化に起因した伝播であり、この結果は、従来予想を超える高移動度室温伝導プロトン材料への応用に大いに期待できる成果である。
２）無電力プロトン輸送の評価モデルの構築
上記のVO2からHVO2への結晶構造変化による高移動度プロトン材料の発見により、本評価モデルが活性化エネルギー型のみではなく結晶構造変化を伴ったプロトン伝播にも適応できることが分かった。また、単結晶薄膜を用いることで、かなりの確度で評価モデルが適応できることが分かった。今後は、本研究をもとに新規な燃料電池の研究を行っていきたい。
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