Laser doping effects of hydrogen storage metals for selective hydrogen permeation

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水素吸蔵金属のチタンの表面改質による水素吸蔵温度改善を目的として、有機溶媒中や窒素雰囲気中で純チタンに波長532 nmのナノ秒パルスレーザー照射を行った。アセトン中で純チタン粉末に非集光での照射を行うと少量のTiCが生成し、レーザー照射によりCがドープされることが分かった。また、1回目の水素吸蔵温度は未照射のチタンと同様に400℃以上であった。水素化・脱水素化による活性化処理後の2回目の吸蔵温度を評価したところ、未照射のチタンでは吸蔵温度が170℃と低温化した。また、アセトン中でレーザー照射した試料は260℃, 380℃の2段階で水素を吸蔵した。次に、ガス環境チャンバーを用いて、窒素ガス中で純チタンペレットへの集光照射を行ったところ、照射部ではアブレーションによる表面酸化被膜の除去やTiNx層の生成を観測できた。また、未照射のチタンペレットとレーザー照射したペレットの1回目の水素吸蔵温度は400℃以上であったが、活性化処理後の2回目の水素吸蔵温度は、未照射材では200℃程度であり、レーザー照射材は150℃であった。つまり、レーザー照射材は未照射のチタンよりも低い吸蔵温度を示した。これはTiNx層による表面改質効果によるものと考えられる。この他に、FeとBN粒子の水素雰囲気ミリングによりナノ複合材料を作製し、加熱TEMその場観察を行うことで、加熱と電子線照射によるFeへのBやNのドープの有無について検証した。1000℃までの加熱処理のみでは窒化物と推測される回折ピークが観られたが、加熱TEMその場観察(加熱と電子線照射)ではNが顕著に放出されることが分かり、Feの窒化やホウ化は生じていないと考えられる。