2023 Fiscal Year Annual Research Report
Laser doping effects of hydrogen storage metals for selective hydrogen permeation
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21K14453
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
中川 祐貴 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00787153)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | レーザードーピング / レーザーアブレーション / ナノ秒パルスレーザー / 表面改質 / 水素吸蔵金属 / チタン / 水素バリア / 透過電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素吸蔵金属のチタンについて、有機溶媒や窒素ガス中で波長532nmのナノ秒パルスNd:YAGレーザー照射することで炭素(C)や窒素(N)などの元素種をチタン表面にドープし、その後それらの試料の水素吸蔵温度を評価した。水素吸蔵・放出1サイクルによる活性化処理後の水素再吸蔵温度についても評価を行った。
まずは、チタン粉末をアセトン中で攪拌しながら、非集光での照射を行った。レーザー照射によりチタン表面にCがドープされ、54000パルス照射した試料では粉末X線回折で炭化チタンの形成が観られた。水素吸蔵温度は活性化処理前は未照射、照射材ともに400℃以上であった。一方、活性化処理後は未照射材は200℃以下での吸蔵温度を示し、これは酸化被膜が還元された影響が大きいと考えられる。また、レーザー照射材は活性化処理後も250℃以上の吸蔵温度を示した。よって、アセトン中でのレーザー照射によるチタンの炭化コーティングは、チタンへの水素バリアコーティングとしての効果があることが分かった。
チタンの窒化については、チタン粉末をペレット成型し、その一部領域に窒素ガス中での集光照射によるアブレーション窒化を行った。照射部では窒化チタンが形成することが明らかになったが、レーザー窒化が水素吸蔵温度に及ぼす影響については今後更なる検討が必要である。
また、銅の表面にオイルを塗布しHeイオン照射することでSi、Cを含むコーティングにより熱酸化を低減できることやCやH2Oとの反応に敏感な錯体水素化物とジルコニアの複合物質の元素分布を透過電子顕微鏡による顕微解析より明らかにすることができた。
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