イオンビーム解析によるイオン電導性酸化物内プロトンの伝導機構の研究

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ペロブスカイト型酸化物中の水素イオンの高速移動現象を利用して水素ガスセンサーや水素燃料電池などへの応用を図るためには、電位勾配により駆動されて酸化物中を移動する水素イオンの速度や電気伝導におけるイオンの寄与(イオン輸率)に関する情報が必要である。本研究では、水素または重水素を約3mol%吸蔵しているイオン導電性酸化物(SrCe_<0.97>Yb_<0.03>O_3)ペレット中の水素および重水素イオンの電位勾配による移動を高エネルギーイオンを利用する反跳粒子検出分析(ERDA)法により調べ、導電性固体内イオンのダイナミックスに関与する素過程についての知見を得ることを目的に研究を行った。試料は直径16mmで厚さ1.5nmの焼結体ペレットである。この試料の両面には電極と同時に重水素を捕捉する目的で160nmのZr膜がスパーター蒸着されている。種々の温度で電位勾配により駆動されZr電極中に蓄積した水素量の電流量依存性をERDA法により測定することにより、水素イオンの流束、輸率および移動速度を評価することができた。試料温度の上昇ならびに電位勾配の増大に伴い、水素イオンの輸率および移動速度は増加する傾向が認められた。