Laser doping effects of hydrogen storage metals for selective hydrogen permeation

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14453
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: NAKAGAWA Yuki 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00787153)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: レーザドーピング / レーザーアブレーション / ナノ秒パルスレーザー / 水素吸蔵金属 / チタン / 表面改質 / 水素バリア / 透過電子顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

Titanium (Ti) is a typical hydrogen storage metal. In this study, carbon, nitrogen, and oxygen species are doped into Ti by nanosecond pulsed laser irradiation in acetone or nitrogen atmosphere and their hydrogen storage temperatures were evaluated. As a result, hydrogen absorption temperatures of Ti shifted to high temperature by the formation of titanium carbide or titanium oxide films. Thus, these species would have the effects of hydrogen barrier. In addition, element distribution of complex hydrides, which easily reacts with carbon or water vapor, was clarified by TEM analysis.

Free Research Field

表面改質

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アセトン中でチタン粉末やチタン板にナノ秒パルスレーザーを照射することで炭化チタンや酸化チタンを形成させることができた。低フルーエンスでは酸化チタンが、高フルーエンスでは炭化チタンが形成しやすい結果となり、粉末の水素吸蔵温度や板材の吸蔵量に違いが生じた。以上の結果は、チタンの水素吸蔵機構の解明に繋がるとともに、パルスレーザーを用いた水素バリアコーティングの基礎的な設計指針となる。水素バリアコーティングは、構造材料としてのチタンの水素脆化を防ぐために有用である。