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本研究では、酸素イオン-電子混合導電性セラミックスの酸素イオンの輸送経路の制御によって酸素透過性能の向上を見出すことを目的とする。これより、800℃以下の比較的低温で部分酸化改質に応用できる酸素透過セラミックスを実現したいと考えている。
平成20年度は、結晶異方性をもち、かつ、混合導電性を有する酸化物として、正方晶層状ペロブスカイトLa_xSr_<3-x>CoFeO_<7-δ>を取り上げ、緻密焼結体を作製し、その酸素透過特性を評価した。その結果、酸素透過性セラミックスの典型例である立方晶ペロブスカイトと同程度の高い酸素透過速度を示すことを見出した。また、この試料の酸素透過速度の活性化エネルギーは、立方晶ペロブスカイトの場合に比べ比較的小さい値を示した。このことは、より低温で高い酸素透過特性を維持しうることを示している。
さらに、この層状ペロブスカイトについて、テンプレート粒子法によって配向制御を行った。目的としている同組成のテンプレート板状粒子を用い、スラリー作製条件、および、温度焼成プログラムを詳細に検討することで、最終的に70%以上の高い配向度を達成した。この試料の酸素イオンが輸送しにくいc軸方向の酸素透過速度は、通常の無配向試料に比べ、小さい値を示した。したがって、c軸に垂直な方向の酸素透過速度は、無配向試料に比べて、高い値を示すことが期待できる。すなわち、酸素イオンの輸送しやすい方向に制御することで、酸素透過性能の向上する可能性があることを示唆する。
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