2021 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative hydrogen separation membranes achieved by marriage of allotropic structure control and DBTC mechanism elucidation
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19H02467
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
松本 佳久 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40219522)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
湯川 宏 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50293676)
南部 智憲 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10270274)
池田 一貴 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (80451615)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水素 / 金属物性 / 放射線，X線，粒子線 / 反応・分離工学 / 材料加工・処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
バナジウムなどの5族金属には延性－脆性遷移固溶水素濃度（DBTC）が存在するが，巨大ひずみ付与加工で水素透過能が飛躍的に向上し，この遷移濃度も高水素濃度側にシフトする。本研究では，DBTCの発現メカニズムの解明を目指し，水素透過能と耐久性向上に有効な結晶および粒界（GB）構造を見出して，マリアージュ（調和効果）によって常識を覆す革新的な膜の微細組織・構造を得ることを目的とした。
水素の空間配置の解析では，J-PARC/MLFの中性子高強度全散乱装置（NOVA）の試料ホルダーの改良を行い，300℃での0.1D（重水素）/M～0.51D/M（MはVおよびTa）の条件で中性子散乱測定で実施した。その結果，重水素のオーダリングが起きる特異な濃度が存在することが示唆された。
水素ガス透過の可視化についてはオペランド水素顕微鏡で局所水素透過を画像化することに挑んだ。その結果，633Kで流入圧力1もしくは10Paでは水素透過量が過多であり，V膜表面の水素原子が脱離し水素検出量が少ないこと②水素透過量が過多であると測定室内の水素分子が検出の阻害をするため，長時間測定が出来ないこと③573Kで流入圧力10Paでは水素透過量が減少するため，長時間の測定が可能であることを明らかにした。しかしながら，水素の透過挙動の特徴を捉えるのに十分な検出量には至らなかったので，今後継続して検討を進める。
機械的性質の定量評価とサブミクロン結晶粒組織解析では，メゾスコピック結晶領域での組織変化させた膜材料について，XRD測定やEBSD解析から粒界性格を見出した。各種巨大ひずみ付与法を適用しての微細化において，水素透過能は結晶粒径や粒界面積Svへの依存性は低い一方で，粒界構造の影響を大きく受けて変化することを明らかにした。このように中低温域での作動を視野に入れた膜材料設計や運転条件設計に資する知見を得た。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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