2021 Fiscal Year Annual Research Report
Estimation of AC impedance by magnetic method and its application to the evaluation of electrochemical reaction in localize region
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18K04168
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
堺 健司 岡山大学, ヘルスシステム統合科学学域, 准教授 (40598405)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電気化学インピーダンス / SQUID / 磁場分布 / 有機太陽電池 / 軟磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，超高感度磁気センサのSQUIDを用いた磁場分布計測システムの空間分解能を向上し，局所領域の交流磁場応答を広い周波数領域で高感度計測することを試みた。さらに，この装置を用いて電池などのデバイス内を流れる交流磁場応答を解析し，局所領域の電気化学反応の評価へ適用可能かを検討した。
研究期間初年度に，SQUIDで磁場を直接検出するシステムを構築し検出磁場の空間分解能を検討した結果，空間分解能はSQUIDの構造に依存し，開発した装置の空間分解能は数mm程度が限界となることが分かった。そのため，SQUIDと磁場検出部を分離して磁場を検出する方式を採用し，空間分解能の向上を行った。
磁場検出部には透磁率が高い軟磁性体を磁場検出プローブとして使用し，このプローブの一端をニードル状に加工して先端とは逆側に検出コイルを巻き付けた。検出コイルと直列に接続した入力コイルをSQUIDと磁気的に結合させ，ニードル状のプローブで局所領域の磁場検出を試みた。その結果，検出磁場の空間分解能が約3倍に向上し，プローブ形状の最適化によりさらなる空間分解能の向上も期待できることもわかった。
また，軟磁性体粒子と樹脂の複合体を磁場検出プローブに採用することで，プローブの導電率を低下させ高周波領域における渦電流の発生を抑え，高周波領域の磁場検出性能を向上させることも実現できた。さらに，SQUIDの制御回路の最適化，検出した磁気信号の補正などにより10 Hz～1 MHzの周波数範囲で微小な交流磁場の検出に成功した。
このように最適化した磁場分布計測装置で，電子部品やデバイス内を流れる電流が作る磁場を測定した結果，デバイスのインピーダンスにより各周波数で異なる電流分布を可視化可能なことが明らかになり，局所領域の電気化学反応の評価への適用可能性を見出した。
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