2008 Fiscal Year Annual Research Report
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19560717
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
山本 春也 Japan Atomic Energy Agency, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (70354941)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉本 雅樹 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (90354943)
吉川 正人 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (40354948)
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| Keywords | 水素 / 酸化タングステン / 薄膜 / イオンビーム |
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| Research Abstract |
水素ガスに曝すと緑色から濃青に着色(水素ガスクロミズム)を示す三酸化タングステン(WO_3)膜を作製し、その着色性能と結晶構造等の関係を調べ、光学式水素センサー材料の開発に関する研究を進めた。本年度は、作製した単結晶、多結晶および非晶質のWO_3薄膜を用いて、1.水素ガスを解離するためにWO_3膜上に堆積させる触媒金属の種類と厚さの検討、2.イオンビーム照射による欠陥導入に伴う水素ガスクロミズムへの影響、3.Pd/WO_3薄膜を用いた光学式水素センサーの試作および検知性能評価を行った。
1.パラジウム(Pd)および白金(Pt)を非晶質WO_3膜上に堆積し、PdおよびPtの厚さと着色性能の関係を調べた結果、Pd触媒では約3nm以上、Pt触媒では約0.3nm以上の堆積により、室温で1vol.%水素に対して着色が起こり、ほぼ同等の着色性能を示した。
2.マグネトロンスパッタリング法により作製した単結晶WO_3(001)膜にイオン注入装置を用いて350keVに加速した窒素イオン照射を行ない、ガスクロミック着色性能を調べた。その結果、10^<15>ions/cm^2程度の照射量で水素着色性能が向上し、さらに照射量を増加するとガスクロミック着色が消失したことから、イオンビーム照射により導入される適度な結晶の乱れが水素着色性能の向上に寄与することが示唆された。
3.作製したWO_3薄膜を用いて水素検知性能評価を行った結果、室温では水素ガスのみに反応し、検出限界濃度:0.1vol.%水素、動作温度範囲:室温〜400℃を示した。さらに、半導体レーザー、光ファイバー、光検出器から成る光学式水素センサーを試作して性能評価を実施した結果、大気中で濃度1vol.%水素を1秒程度で検知できることを確認した。以上の結果から、本研究により光学式水素センサー材料として利用可能なPd/WO_3薄膜を開発することができた。
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