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プロトン伝導性を示すセラミックスとしては、SrCeO_3のようなペロブスカイト型構造をもつ酸化物があり、その電気化学的性質を調べる研究はデバイスへの応用研究とともに近年盛んに行われている。しかしながら、酸化物中の水素イオンの濃度分布や移動機構を明らかにした報告は数が限られている。本研究では、申請者らがこれまで培って来た中性子ラジオグラフィー技術を利用して、固体中の水素濃度を測定するとともに移動状況を画像として可視化し、最終的には得られた情報から水素の吸蔵(吸収)/拡散機構を明らかにしようとするものである。
まず初めに、中性子ラジオグラフィーでプロトン(あるいは水素化物イオン)伝導性セラミックス標準試料内のプロトン(あるいは水素)を、フィルムあるいはディスプレイ上に可視化して示し、それらの濃度を測定する方法を検討した。これらの得られたデータは、熱中性子と冷中性子でどのように違うかも検討した。その結果、セラミックス中の水素はフィルム黒化度として可視化でき、その濃度は黒化度の違いとして示せることがわかった。更に冷中性子では、感度を1.5倍にできることも明らかとなった。
そこで次に、異なる雰囲気で水素を含ませた実存高温型プロトン伝導体中の水素濃度測定を行った。しかし高温から室温への移行時の変化量が大きく、再現性のあるデータが得られなかった。そこで試しに室温のみで実験できるMg-Ni系水素吸蔵合金について検討した。その結果、合金中への水素の初期吸収過程を始めて可視化することに成功した。この可視化像から水素の拡散係数も得ることができた。こららの結果も上記の結果と同様に、中性子ラジオグラフィーは、水素の可視化と定量、さらには水素の移動の評価に重要な知見を与えてくれる手段であることを意味するものであった。
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