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アルミニウムイオンを伝導種とする実用的な固体電解質の開発

Research Project

Project/Area Number 17750196
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Inorganic industrial materials
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

田村 真治  大阪大学, 大学院工学研究科, 助手 (80379122)

Project Period (FY) 2005 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2005: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Keywordsイオン伝導 / アルミニウムイオン / 3価イオン / NASICON型構造 / センサ / SO_2 / イオン結晶 / セラミックス / 構造・機能材料
Research Abstract

実用領域の高いイオン伝導性を示すアルミニウムイオン伝導体の開発を目指し、NASICON型構造を有する(Al_xZr_<1-x>)_<4/(4-x)>Nb(PO_4)_3の結晶格子を構成しているイオンの一部を価数やイオン半径の異なるイオンで部分置換することで、格子サイズや3価イオン欠陥を制御し、Al^<3+>イオン伝導性の向上を図った。また、化学センサ等への応用を目的に試料の緻密性を向上させるべく焼結助剤として酸化ホウ素の添加を試みた。これまでに(Al_xZr_<1-x>)_<4/(4-x)>Nb(PO_4)_3に焼結助剤として酸化ホウ素を6重量%添加した場合、試料の緻密性および機械強度が大幅に向上した結果、アルミニウムイオン伝導性も向上することを明らかにし、これを用いたSO_2ガスセンサを作製した。
センサの構成は、固体電解質として本研究で開発した(Al_xZr_<1-x>)_<4/(4-x)>Nb(PO_4)_3と酸化物イオン(O^<2->)伝導体であるイットリア安定化ジルコニアを重ね合わせ、検出極物質として0.6Al_2(SO_4)_3-0.4Na_2SO_4複合硫酸塩を用いた。測定温度は530℃とし、SO_2ガス濃度を200〜2000ppmの範囲で変化させ、センサ測定を行った結果、SO_2ガス濃度変化に対し、可逆的かつ連続的な応答が得られ、センサ出力の変化量はネルンストの式から導かれる理論変化量と良く一致し、定量的かつ定性的なSO_2濃度計測が可能であることがわかった。また、濃度変化時のセンサ応答時間は約7分であり、迅速な応答を示すことが明らかとなった。

Report

(2 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2006 2005 Other

All Journal Article (5 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Nitrogen Monoxide Gas Sensor Operable at as Low as 250℃2006

    • Author(s)
      N.Imanaka, I.Hasegawa, S.Tamura
    • Journal Title

      Sens. Lett. 4

      Pages: 340-343

    • Related Report
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  • [Journal Article] A Smart Carbon Dioxide Gas Sensor Based on Solid Electrolytes2006

    • Author(s)
      T.Maekawa, Y.Kawabata, Y.Nakazato, H.Ishikawa, S.Tamura, N.Imanaka, G.Adachi
    • Journal Title

      Electrochemistry 74

      Pages: 118-120

    • NAID

      10016733145

    • Related Report
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  • [Journal Article] Carbon Dioxide Gas Sensor Based on Trivalent Cation and Divalent Oxide Anion Conducting Solids with Rare Earth Oxycarbonate Based Auxiliary Electrode2005

    • Author(s)
      S.Tamura et al.
    • Journal Title

      Sens.Actuators B 108(1-2)

      Pages: 359-363

    • Related Report
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  • [Journal Article] Solid Electrolyte Type Nitrogen Monoxide Gas Sensor Operating at Intermediate Temperature Region2005

    • Author(s)
      I.Hasegawa, S.Tamura, N.Imanaka
    • Journal Title

      Sens.Actuators B 108(1-2)

      Pages: 314-318

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Effect of Low-melting Oxide Additives on the Sinterability and Ion Conductivity of Al^<3+> Ion Conducting Solid Electrolytes with the NASICON Type Structure

    • Author(s)
      Y.Hasegawa S.Tamura, N.Imanaka
    • Journal Title

      J.New Mater.Electrochem.Sys. (印刷中)

    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Book] 希土類の機能と応用2006

    • Author(s)
      田村真治
    • Total Pages
      369
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • Related Report
      2005 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ガスセンサ2006

    • Inventor(s)
      今中信人, 田村真治
    • Industrial Property Rights Holder
      大阪大学長
    • Industrial Property Number
      2006-029739
    • Filing Date
      2006-02-07
    • Related Report
      2005 Annual Research Report

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Published: 2005-04-01   Modified: 2016-04-21  

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