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ナノ構造イオン伝導性人工格子における界面イオンダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 12450262
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 無機材料・物性
研究機関東北大学

研究代表者

湯上 浩雄  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60192803)

研究分担者 川田 達也  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教授 (10271983)
佐多 教子  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20271984)
連川 貞弘  東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40227484)
山口 貞衡 (山口 貞衛)  千葉工業大学, 研究所, 教授 (80005892)
研究期間 (年度) 2000 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
14,900千円 (直接経費: 14,900千円)
2002年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2001年度: 10,400千円 (直接経費: 10,400千円)
2000年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
キーワード固体電解質 / イオン導電体 / ナノ構造 / 人工格子 / 微細加工 / イオンダイナミクス / レーザアブレーション / レーザーアブレーション
研究概要

高温領域での高効率発電システムとして期待されている、固体電解質を用いた燃料電池(SOFC)が将来的に広い応用分野で使われるためには、イオン伝導性材料や電極材料の性能向上のための革新的ブレークスルーが必要である.本研究では,材料の機能性を決定する大きな要因である界面を,ナノスケールで周期的に有するイオン伝導性(固体電解質)人工格子材料を作製する.本研究では,イオン伝導性超微粒子(0次元)や周期的ナノ孔内に導入されたイオン伝導性ナノ細線(1次元)を作製し,それら人工格子の構造の解析,及び格子内部や界面でのイオンダイナミクスを,光学的・電気化学的手法により評価し,高機能性固体電解質の開発に関する指針を得ることを目的としている。
本年度は、前年度までに整備したアルミナ系細孔テンプレートを用いた、高速原子線露光装置(FAB)を用いてのプロトン導電体SrCeO_3固体電解質薄膜上にこの構造を転写した構造を作製した。構造解析の結果、ナノ細線幅が50nm程度まで細くなると、バルク薄膜から構造が変化してくることがわかった。また、環境制御型走査型プローブ顕微鏡を行いて、作製した薄膜の表面電位を測定し、ナノ構造境界付近の試料表面での表面電位を測定した。その結果、表面吸着種の濃度が界面近傍において高くなっていることが分かった。

報告書

(4件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (41件)

  • [文献書誌] S.Yamaguchi, H.Yugami et al.: "Construction of Fuel Cells Based on Thin Proton Conducting Oxide Electrolyte and Hydrogen-Permeable Metal Membrane Electrode"Solid State Ionics. (印刷中). (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yugami, Y.Endo, T.Yokobori et al.: "Oxygen partial pressure dependence of creep for yttria-doped ceria ceramics"Electrochemical Society Proceedings volume 2003-07. 261-266 (2003)

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  • [文献書誌] T.Otake, H.Yugami, K.Yashiro, Y.Nigara, T.Kawada, J.Mizusaki: "Nonstoichiometry of Ce_<1-x>Y_xO_<2-0.5X-δ>(X=0.1,0.2)"Solid State Ionics. (印刷中). (2003)

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  • [文献書誌] S.Yamaguchi, H.Yugfami, S.Ikeda: "Operation of hydrogen-air fuel cells based on proton conducting oxides and hydrogen storage metals"Journal of Alloys and Compounds. 330-332. 911-915 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yugami, T.Yoneta, H.Sai: "Fabrication of protonic conductors with nano-structured surface by porous alumina membrane mask"Solid State Ionics. 154-155. 693-697 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Matsuo, H.Yugami, M.Ishigame: "Local proton dynamics in perovskite-type protonic conductors by spectral hole burning spectroscopy"Physical Review B. 64. 024302-1-024302-6 (2001)

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  • [文献書誌] Y.Kanamori, K.Hane, H.Sai, H.Yugami: "100nm period silicon antireflection structure fabricated using a porous alumina membrane mask"Applied Physics Letters. 78. 142-143 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yokokawa, N.Sakai, T.Horita, Y.Katsuhiko et al.: "Phase Diagram Calculations of ZrO2-Based Ceramics with an Emphasis on the Reduction/Oxidation Equilibria of Cerium Ions in the ZrO_2-YO_<1.5>-CeO_2-CeO_<1.5> System"Journal of Phase Equilibria. 22No.3. 331-338 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Otake, H.Yugami, K.Kawamura, Y.Nigara, T.Kawada, J.Mizusaki: "Nonstoichiometry of Zr_<0.164>Ce_<0.654>Y_<0.182>O_<1.91-δ>"Electrochemistry. 68No.6. 451-454 (2000)

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  • [文献書誌] H.Naito et al.: "Oxygen Permeability Measurement of ZrO_2-TiO_2-Yb_2O_3 Mixed Conductor"The Korean Journal of Ceramics. 6. 124-128 (2000)

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  • [文献書誌] T.Kawada et al.: "Electrochemically Induced Non-equilibrium Oxygen on a Solid Oxide Electrolyte"Transactions of the Material Research Society of Japan. 25. 51-54 (2000)

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  • [文献書誌] T.Otake et al.: "Ce^<3+> concentration in ZrO_2-CeO_2-Y_2O_3 system studied by electronic Raman scattering"Solid State Ionics. 135. 663-667 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yugami et al.: "Structural properties of SrCeO_3/SrZrO_3 proton conducting superlattices"Solid State Ionics. 136-137. 203-207 (2000)

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  • [文献書誌] S.Yamaguchi, H.Yugami et al.: "Construction of Fuel Cells Based on Thin Proton Conducting Oxide Electrolyte and Hydrogen-Permeable Metal Membrane Electrode"Solid State Ionics. In press.

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yugami, Y.Endo, T.Yokobori et al.: "Oxygen partial pressure dependence of creep for yttria-doped ceria ceramics"Electrochemical Society Proceedings. 2003-07. 261-266 (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Otake, H.Yugami, K.Yashiro, Y.Nigara, T.Kawada, J.Mizusaki: "Nonstoichiometry of Ce_<1-x>Y_xO_<2-0.5x-δ>(X=0.1,0.2)"Solid State Ionics. In press.

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Yamaguchi, H.Yugami, S.Ikeda: "Operation of hydrogen-air fuel cells based on proton conducting oxides and hydrogen storage metals"Journal of Alloys and, Compounds. 330-332. 911-915 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yugami, T.Yoneta, H.Sai: "Fabrication of protonic conductors with nano-structured surface by porous alumina membrane mask"Solid State Ionics. 154-155. 693-697 (2002)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Matsuo, H.Yugami, M.Ishigame: "Local proton dynamics in perovskite-type protonic conductors by spectral hole burning spectroscopy"Physical Review B. 64. 024302-1-024302-6 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Kamamori, K.Hane, H.Sai, H.Yugami: "100nm period silicon antireflection structure fabricated using a porous alumina membrane mask"Applied Physics Letters. 78. 142-143 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yokokawa, N.Sakai, T.Horita, Y.Katsuhiko et al.: "Phase Diagram Calculations of ZrO2-Based Ceramics with an Emphasis on the Reduction/Oxidation Equilibria of Cerium Ions in the ZrO_2-YO_<1.5>-CeO_2-CeO_<1.5>System"Journal of Phase Equilibria. 22No.3. 331-338 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Otake, H.Yugami, K.Kawamura, Y.Nigara, T.Kawada, J.Mizusaki: "Nonstoichiometry of Zr_<0.164>Ce_<0.654>Y_<0.182>O_<1.91-δ>"Electrochemistry. 68No.6. 451-454 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Naito et al.: "Oxygen Permeability Measurement of ZrO_2-TiO_2-Yb_2O_3 Mixed Conductor"The Korean Journal of Ceramics. 6. 124-128 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Kawada et al.: "Electrochemically Induced Non-equilibrium Oxygen on a Solid Oxide Electrolyte"Transactions of the Material Research Society of Japan. 25. 51-54 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Otake et al.: "Ce^3+ concentration in ZrO_2-CeO_2-Y_2O_3 system studied by electronic Raman scattering"Solid State Ionics. 135. 663-667 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yugami et al.: "Structural properties of SrCeO_3/SrZrO_3 proton conducting superlattices"Solid State Ionics. 136-137. 203-207 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Yamaguchi, H.Yugami et al: "Solid State Ionics"Construction of Fuel Cells Based on Thin Proton Conducting Oxide Electrolyte and Hydrogen-Permeable Metal Membrane Electrode. in press

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Otake, H.Yugami, K.Yashiro, Y.Nigara, T.Kawada, J.Mizusaki: "Solid State Ionics"Nonstoichiometry of Ce_1-_xY_x_2-0.5X-8(X=0.1,0.2). In press

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] H.Yugami, H.Yoneta, H.Sai: "FABRICATION OF PROTONIC CONDUCTORS WITH NANO-STRUCTURED SURFACE BY POROUS ALUMINA MEMBRANE MASK"Solid State Ionics. Vol.154-155. 693-697 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Sadae Yamaguchi, H.Yugami et al.: "Construction of Fuel Cells Based on Thin Proton Conducing Oxide Electrolyte and Hydrogen-Permeable Metal Membrane Electrode"Solid State Ionics. (印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H Yugami, Y.Endo, T.Yokobori et al.: "OXYGEN PARTIAL PRESSURE DEPENDENCE OF CREEP ON YTTRIA DOPED CERIA CERAMICS"Proceedings of 8th International Conference on Solid Oxide Fuel Cells. (印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Kanamori, K.Hane, H.Sai, H.Yugami: "100nm Period Silicon Antireflection Structures Fabricated Using a Porous Alumina Membrane Mask"APPLIED PHYSICS LETTERS. 78. 142-143 (2001)

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      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Harumi Yokokawa, Natsuko Sakai, Teruhisa Horita, Katsuhiko et.al: "Phase Diagram Calculations of ZrO_2-Based Ceramics with an Emphasis on the Reduction/Oxidation Equilibria of Cerium Ions in the ZrO_2-YO_<1.5>-CeO_2-CeO_<1.5>"Journal of Phase Equilibria. 22. 331-338 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Matsuo, H.Yugami, M.Ishigame: "Local Proton Dynamics in Perovskite-type Protonic Conductors by Spectral Hole Burning Spectroscopy"Physical Review B. 64. 024302-1-024302-6 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Yamaguchi, H.Yugami, S.Ikeda: "Operation of Hudrogen-air Fuel Cells Based on Proton Conducting Oxides and Hydrogen Strage Metals"Journal of Alloys and Compounds. 330-331. 911-915 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Yugami, H.Yoneta, H.Sai: "FRABRICATION OF PROTONIC CONDUCTORS WITH NANO-STRUCTURED SURFACE BY POROUS ALUMINA MEMBRANE MASK"Solid State Ionics. 印刷中. (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Takanori OTAKE et al.: "Nonstoichiometry of Zr_<0.164>Ce_<0.654>Y_<0.182>O_<1.91-δ>"Electrochemistry. 68. 451-454 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Hitoshi Naito et al.: "Oxygen Permeability Measurement of ZrO_2-TiO_2-Yb_2O_3 Mixed Conductor"The Korean Journal of Ceramics. 6. 124-128 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Tatsuya Kawada et al.: "Electrochemically Induced Non-equilibrium Oxygen on a Solid Oxide Electrolyte"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 25. 51-54 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Takanori Otake et al.: "Ce^<3+> concentration in ZrO_2-CeO_2-Y_2O_3 system studied by electronic Raman scattering"Solid State Ionics. 135. 663-667 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Hiroo Yugami et al.: "Structural properties of SrCeO_3/SrZrO_3 proton conducting superlattices"Solid State Ionics. 136-137. 203-207 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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