| 研究領域 | ハイドロジェノミクス：高次水素機能による革新的材料・デバイス・反応プロセスの創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
18H05514
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
一杉 太郎 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90372416)
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| 研究分担者 |
宇佐美 徳隆 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20262107)
秋山 英二 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70231834)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| キーワード | 水素 / 界面 |
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| 研究実績の概要 |
水素化物エピタキシャル成長を含む水素の高精度局在化技術を確立し、ヘテロ界面での局在水素による新たな電子物性・機能の発現に成功した。さらに、鉄鋼材料に含まれる水素について、金属錯体を用いた新可視化技術の原理実証も進めた。
【水素化物エピタキシャル薄膜合成技術の確立】反応性マグネトロンスパッタ法を用いて成膜を進めた。TiH2、NbH、MgH2、YH2、EuH2、YOxHy、Ca2NHなどの水素化物薄膜の合成に成功した。また、赤外線を用いたパルスレーザー堆積法によって、LiBH4薄膜の合成に成功した(ACS Appl. Electron. Mater. (2019))。そして、新学術領域研究の成果を応用物理学会の学会誌に総合的に報告した(応用物理(2020))。さらに、上記のエピタキシャル薄膜について物性研究を進め、YOxHyエピタキシャル薄膜において光照射により抵抗率が7桁減少して「金属化」することを見出した。このメカニズムについて、A05と共同研究を進めている。
【水素濃度分布の可視化】Ir錯体を用いて、水素濃度分布の可視化技術を開発した。Ir錯体が水素と反応して色が変化することを利用し、鉄板を透過する水素の定量化と空間分布観察に成功した。
【界面制御による太陽電池性能の向上】水素プラズマ処理装置の立ち上げを行い、試料への原子状水素注入が可能となった。効率的な伝導電子の輸送が期待できる酸化チタン/結晶シリコン（c-Si）ヘテロ接合に対して、この処理を行うことによって、c-Siに対する表面パッシベーション性能を向上することできた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初計画通り、水素化物エピタキシャル成長を含む水素の高精度局在化技術を確立し、ヘテロ界面での局在水素による新たな電子物性・機能の発現に成功した。さらに、有機物を用いた水素検出などに成功し、当初の計画以上に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後、学問分野の枠を超えた水素機能の融合に注力する。そして、イオン伝導体を用いた固体内へのヒドリド、プロトンを含む多様な水素種導入による物性制御を狙い、高次水素機能を誘起する。
1.A03で開発したヒドリド伝導体の薄膜をPd上に作製し、全固体Li電池の類似構造を作り出す。
2.A01と連携し、SPring-8の高輝度X線を用いたエネルギー分散X線回折により、高強度鋼のU曲げおよび張出し試験片の応力分布を求める。そして、水素脆化によるき裂発生が高応力部に生じることを明らかにする。また、同手法によりTRIP鋼中の残留オーステナイトのマルテンサイト変態量のひずみ依存性を求め、水素脆化挙動と対応づける。
4.水素濃度可視化技術の開拓を進める。Ir錯体に加え、ヒドロゲナーゼを用いた可視化にも挑戦する。得られた知見を活かして水素脆化抑制プロセス創製へと発展させる。
5.太陽電池の効率向上に向け、低温ラマン散乱分光による核スピン状態のアンサンブル検出に着手する。また、同位体制御による水素機能の高度化を目指し、シリコン同位体ヘテロ薄膜技術の確立、および効率的な水素・重水素分子の注入条件の探索を開始する。
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