| 研究課題/領域番号 |
21K14453
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
中川 祐貴 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00787153)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 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 / レーザードーピング / 水素透過 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水素吸蔵金属の吸蔵反応において、金属の表面状態は重要である。例えば、チタンでは、表面に形成した酸化被膜により水素分子の解離活性が阻害され、水素吸蔵速度が低下(失活)する。本研究では、水素貯蔵材料合成においては適用例の少ないレーザープロセスに着目する。
チタンなどの水素吸蔵金属の表面を、有機溶媒やガス雰囲気中でレーザードーピングにより改質することで、炭素(C), 窒素(N)、ホウ素(B)などのドープする元素種やナノ構造の違いが、吸蔵・失活速度に及ぼす影響について解明する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、水素吸蔵金属のチタンをアセトン中や窒素ガス中でナノ秒パルスレーザーにより照射することで炭素、窒素や酸素などの元素種をチタンへ添加し、水素吸蔵温度がどのように変化するかを評価した。その結果、炭化チタンや酸化チタン膜の形成により水素吸蔵温度が高温になることが分かり、水素バリア効果があることが示唆された。また、表界面を改質した水素化物の分析研究として、炭素や水蒸気との反応に敏感な錯体水素化物の元素分布を透過電子顕微鏡による分析より明らかにすることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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