2014 Fiscal Year Research-status Report
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25820353
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
赤丸 悟士 富山大学, 水素同位体科学研究センター, 助教 (10420324)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 水素センサ / 磁性 / Pd合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
感受素子となる合金系の探索として、PdCo合金以外の強磁性合金PdFeおよびPdNiを検討した。FeやNiが10atom%以内の合金の水素吸収特性はPdCoのそれと大きな違いはないが、室温付近の磁化率の値はPdCoと比べてかなり小さかった。これは、磁気転移点が室温以下にあることが原因であり、つまり10atom%以下の置換では、磁気応答の点からみてCo置換した合金が最も適しているとわかった。また、応答速度の改善を目指して、バレルスパッタリング法にてPdCo被覆Cu粉末を調製した。その磁気特性および水素吸収特性を調べた結果、バルクと同様の特性を示すことがわかり、さらにそのセンシング特性を調べた結果、薄膜を詰め込んだ場合と比べて、応答速度が10倍速くなった。また応答出力の絶対値も増大し、これにより検出下限が広がった。この結果は窒素、空気どちらの雰囲気中でも同様であった。つまりPdCo被覆Cu粉末は、磁気応答型水素センサの感受素子として適していることが示唆された。加えて、酸素や水蒸気が水素吸収に与える影響を見積もるため、任意の雰囲気中で試料中の水素量と気相中の水素量を同時にリアルタイム計測できるシステムを構築した。このシステムを用いて、Pdを例としていくつかの温度において酸素分圧あるいは水蒸気分圧を変化させた実験を行った結果、室温では酸素は水素吸放出速度への影響が大きく、一方水素吸収量への影響は小さいが、60度以上になるとPd表面での酸素と水素の反応が主となるため、その反応熱で試料自身の温度が上昇し、結果吸収する水素が減少することが示唆された。つまり、磁気応答型センサは室温付近で利用する必要があるとわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年末に提案した本年度の計画では、他の合金系の探索、感受素子の改良、酸素および水蒸気の影響、の三点を挙げたが、このすべての研究について実施できた。素子の水蒸気耐性については研究途中であるが、一方で素子の改良については当初の予定を超え、改良した素子のセンシング特性まで検討できた。これら研究成果は、国際会議や学会等で逐次報告することができている。よって全体を見て、順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、以下の点について研究を進めることで、より高性能なセンサの構築を目指す。一つは、感受素子となる合金系の探索をさらに進める。これまでの検討より、PdFeやPdNiについては、NiやFeの比率が高い合金であれば、室温付近に磁気転移点が移動し、結果貴金属であるPd使用量を減らしたセンサの構築が可能になると予想された。そこで、PdFeあるいはPdNi合金について、よりFe、Ni比の大きな合金を薄膜で調製し、その基礎物性およびセンシング特性の検討を行う。また、PdCo被覆Cu粉末については、水蒸気添加でのセンシング特性を検討し、その影響について考察する。更には、測定手法の改良として、測定条件（交流周波数、振幅等）の最適化あるいは測定コイルなどの各種部品の形状最適化を検討し、磁気応答型水素ガスセンサのシステム基盤を確立する。
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| Causes of Carryover |
本年度の助成金で出た次年度使用額では、金額が小さく希望する消耗品が購入できなかった。よって次年度助成金と合わせて利用する予定である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は本年度と同じく、物品費に関しては実験用消耗品として、それ以外では学会旅費、学会参加経費、論文発表経費等の研究の成果報告に関する費用として利用する予定である。
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