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Iリン酸塩ガラスのプロトン伝導機構について
プロトン伝導ガラスの伝導機構を明らかにするために、12BaO・12Sr・12PbO・64P_2O_5ガラスの交流インピーダンス測定を行った。900℃以上で溶融したガラスでは溶融温度の低下とともにキャリア濃度が増加するのに反して、多量の水分子を含む低温溶融ガラスでは溶融温度に依らずほぼ同一のキャリア濃度を示し、赤外吸収測定から推定したプロトン濃度と同様の結果が得られた。TIC測定から得られた移動度はキャリア濃度やイオン伝導度の値と半定量的な一致を示し、低温溶融ガラスの高いプロトン伝導性は移動度の増加に起因していることが示された。これらの結果から、低温溶融によりリン酸塩ガラス中に含まれる水分子に起因する移動度増加がプロトン伝導性の発現には重要である。
IIリン酸塩ガラスの耐久性向上に関して
リン酸塩ガラスにおける高プロトン伝導性と耐久性の両立を目指し、重元素を含む多元系ではなく、擬2元系ZnO-P_2O_5ガラスをベースとして、これにAl_2O_3、NH_4OHの添加効果について検討を行った。リン酸塩ガラスへのAl_2O_3添加が化学的耐久性向上をもたらすことはよく知られているが、NH_4OHも同様に高い化学的耐久性向上をもたらすことを見いだした。さらにNH_4OH添加ガラスでは、アニールによっても無添加ガラスと同様にプロトン伝導の向上が見られることを示した。また、加水分解によるリン酸塩ガラスの結晶化にはガラスの表面状態、とくに表面の微細な凹凸の存在が核生成の原因であり、滑らかな表面を作成することで結晶化が抑制されることを明らかにした。
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