| 研究課題/領域番号 |
19H02467
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 大分工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
松本 佳久 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40219522)
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| 研究分担者 |
湯川 宏 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (50293676)
南部 智憲 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (10270274)
池田 一貴 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特別准教授 (80451615)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2021年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2019年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | 水素 / 金属物性 / 放射線，X線，粒子線 / 反応・分離工学 / 材料加工・処理 / 水素透過 / 水素分離 / DBTC |
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| 研究開始時の研究の概要 |
5族金属ベースの水素分離膜は高温で長時間の運転時において，水素透過能や耐久性の低下への懸念がある。また研究代表者らは近年，延性－脆性遷移固溶水素濃度（DBTC）が存在する一方で，巨大ひずみ付与加工により水素透過能は飛躍的に向上し，DBTCも高水素濃度側に移動することを発見した。
本研究では「DBTCの発現機構」を解明し，高圧アロトロピー組織制御によって結晶粒を超微細化したバナジウム等の5族金属の水素透過能と耐久性向上に有効な結晶粒界（GB）構造を見出して，マリアージュ（調和による効果）によって化合物相を形成しない温和な運転条件下で作動可能な革新的GB構造を有する水素分離膜の創製を目指している。
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| 研究成果の概要 |
DBTC機構の解明と水素透過能および耐久性の向上に有効な組織や粒界構造を見出すことを目指して研究を展開した。J-PARC/MLFに設置のNOVAを使ってバナジウムやタンタル中の水素の空間配置について，DBTCとの関係を調べた。また水素透過流束の向上に寄与する微細組織状態を把握するため，膜透過した水素の可視化も検討した。
その結果，巨大ひずみ付与法によるbcc-Vの微細組織において，水素透過能についての結晶粒径や粒界面積の感受性は大きくないことを示した。結晶組織は高密度に導入された転位と低角度転位粒界，一般粒界，特殊粒界によって構成されており，これらが複合的に作用して水素拡散に影響を与えていた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
水素が固溶原子として金属中に存在する場合，変形や破壊の様相が変化するため，DBTCの発現機構解明に向けての知見が得られたことの意義は大きい。また結晶粒界は水素のトラップサイトである一方で高速拡散経路としても働く可能性があり，未だに統一した見解は得られていなかったが本研究の遂行によりその理解が進んだ。
本研究はVなどの5族金属水素分離膜の高機能化と機械的性質の飛躍的改善を狙ったものである。即ち世界をリードする我が国の将来の水素製造・精製技術の進展に画期的なブレークスルーをもたらす材料開発であり，本研究の成果は燃料電池を基盤とした水素エネルギー社会構築に向けた工業技術として即座に展開可能である。
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