2005 Fiscal Year Annual Research Report
金属ヘテロ界面における高温型プロトン導電体の新規イオン機能の探索
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17041011
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
松本 広重 九州大学, 大学院工学研究院, 助教授 (70283413)
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| Keywords | ナノイオニクス / ヘテロ界面 / プロトン導電体 / 導電率 / パーコレーション / バンドベンディング / デバイ長 / シグモイド |
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| Research Abstract |
金属とのヘテロ界面において生じる高温型プロトン導電体の欠陥平衡の理解と制御を目的とし、白金/プロトン導電体ナノコンポジットのキャラクタリゼーションを行った。高温型プロトン導電体として、SrZr_<0.9>Y_<0.1>O_<3-α>を用いた。
白金とのコンポジットは、白金の微分散化を期待して、燃焼合成法により調製した微粉末を焼成することにより得た。XRDの測定より白金とペロブスカイト相の混相が得られた(不純物相として若干ZrO_2相の生成が見られた)。導電率の酸素分圧依存性を測定した結果、白金とのコンポジットは白金を含まないものに比べて電気伝導度が3〜4桁も減少した。SrZr_<0.9>Y_<0.1>O_<3-α>と白金の粉末を混合して焼き固めたものの導電性は、典型的な高温型プロトン導電体に一致したことから、上記の導電率の著しい減少は白金相の微分散による効果であると考えられた。
導電率の白金量への依存性を調べたところ、白金体積分率において約1.5vol%付近を閾値としてシグモイド様に変化しており、パーコレーション的なイオン導電が起きていることが示唆された。すなわち、プロトン導電体中の微細な白金粒の周囲にプロトン欠陥量が減少した層ができ、その分量がパーコレーション的な閾値(通常、約70%)を上回った結果、導電率の減少が起きたものと考えられる。TEMによる微構造観察からは白金粒の粒径は0.5〜3nm程度であった。パーコレーションモデルからは、界面層の厚さは数nmと見積もられた。このような厚さは、デバイ長を単位とした典型的な空間電荷モデルとよく合致し、本実験で得られた導電率がいわゆるナノイオニクスに支配された現象である可能性が示唆された。
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