| 研究課題/領域番号 |
09450278
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
武津 典彦 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (80029355)
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| 研究分担者 |
大橋 照男 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (70024263)
栗田 典明 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (20292401)
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| キーワード | スピネル / 水素溶解 / プロトン電導 / 固体電解質 / IR吸収 / 同位体効果 / 電気伝導度 / 酸化物 |
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| 研究概要 |
超高温での結晶欠陥型プロトン導電体を開発するには、酸素イオン電導の小さい母材を選択することが重要である。本年度は酸素イオンが動きにくいと考えられるMgO-Al_2O_3スピネルを選び、そのプロトン導電性について調査した。試料は水酸素火炎溶融法(ベルヌ-イ法)で単結晶に育成した。まず、水素の溶解を確認するため異なる水蒸気アニール条件下で急冷した試料について透過法にてIR吸収測定を行った。その結果アルミニウム過剰の組成領域すなわち、Mg_<1-x>Al_2O_<4-x>(x=0-0.3)において3370cm_<-1>付近にOHの伸縮振動に起因すると見られるIR吸収が観察され、アニールの条件によって可逆的にその強度が変化すること、および重水素を用いた場合にはその吸収波数が理論的に予測される位置にシフトすることによって水素が実際に溶解していることが認められた。次にその吸収係数がアニール時の平衡水蒸気分圧のI/2乗に比例することが確認され、反応H_2O+V^‥_o→2H^・_i+O^×_o の平衡が存在することが推定された。この系においてはイオンの大きさからAlはMg位置に侵入できるが逆の置換は不可能なため、アルミニウム過剰の組成ではアルミニウムイオン空孔が生じ、その歪みを緩和するため、酸素イオン位置にも空孔が生じ、上の反応によって水素が取り込まれるものと考えられる。次にプロトン電導の大きさを調べるために、電気伝導度のH/D同位体効果について調査を行った。電気伝導度は1200°C付近で10^<-6>Scm^<-1> 程度の値を示したが、酸素分圧の高い状態及び低い状態についても同位体効果は認められず、観察された電気伝導はプロトンが主体ではないことが明らかとなった。来年度に向けて他のスピネル型酸化物について調査するほかコランダム型酸化物についても現在調査中である。
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