高温イオニクス材料の機械的安定性に対する格子欠陥の影響の解明

阐明晶格缺陷对高温离子材料机械稳定性的影响

• 批准号: 13J07156
• 负责人: 木村 勇太
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J07156/
• 关键词: 酸素欠陥; 強弾性ドメイン; 高温イオニクス材料; 弾性率; 内部摩擦; 強弾性; 緩和過程; 応力分布; 機械的劣化機構; 酸素空孔濃度

[目的と研究実施計画]本研究の目的は、格子欠陥が、高温イオニクス材料の機械的特性・破壊特性に与える影響を明らかにし、材料が実際にデバイスに応用された際に生じうる機械的劣化機構を明らかにすることである。その目的に基づき、当該年度では主に、格子欠陥が高温イオニクス材料の機械的特性、破壊特性に影響を与えるメカニズムを明らかにする予定であった。また、当初の研究実施計画に加え、格子欠陥が材料に導入された際の機械的特性の変化を、昨年に引き続き評価した。[研究成果・重要性]共振法により、格子間酸素を有するLa2NiO4(LN214)の弾性率、内部摩擦を測定した。その結果、LN214の弾性率、内部摩擦は格子間酸素濃度に依存しないことが明らかになった。これは、格子間濃度の変化が、LN214の結晶のa軸方向には収縮、c軸方向には膨張を引き起こすため、結果として弾性率の変化がキャンセルされることが原因と考えられた。また、これまでの結果から、LSCFの弾性率の温度依存性は、中温域で急激な減少がみられることがわかっていた。当該年度では、LSCFの弾性率が中温域で急激に減少するメカニズムを明らかにするために、動的機械分析を行った。その結果、LSCFの弾性率や内部摩擦は、温度だけでなく周波数にも依存することが明らかになり、熱活性化過程であるドメインの再配向が原因であることが示唆された。この成果は、The 225th ECS Meetingにおいて発表した。また、格子欠陥濃度の変化やドメインの再配向が、高温イオニクスデバイスの応力分布に与える影響を有限要素法などを用いて検討した。その結果、ドメインの再配向が高温イオニクスデバイスの応力分布に大きな影響を与えることが明らかになった。

[Objective] The objective of this study is to investigate the mechanical properties of materials at high temperature and lattice defects and their effects on mechanical degradation mechanisms. For the purpose of this year, the mechanical properties and breakdown characteristics of high temperature materials are affected by the main factors and lattice factors. In addition, the initial research and implementation plan, the lattice structure and the mechanical characteristics of the introduction of the material were reviewed last year. [Research Results·Importance] Resonance Method: Measurement of the Properties and Internal Friction of La2NiO4 (LN214) The results show that the viscosity of LN214 and the internal friction depend on the concentration of intercellular acid. The crystal of LN214 is contracted in the direction of a axis and expanded in the direction of c axis. The temperature dependence of the LSCF's performance rate decreases rapidly in the intermediate temperature range. During the year, the LSCF's performance rate decreased rapidly in the medium temperature range. As a result, the LSCF's performance rate, internal friction, temperature, cycle number dependence, thermal activation process, and realignment are the causes. The 225th ECS Meeting was held in Beijing. The reorientation of lattice concentration and the influence of high temperature on the force distribution of lattice concentration are discussed by finite element method. As a result, the realignment of the material is affected by the high temperature and the high temperature.

项目成果

Internal friction and anelastic properties of SOFC components

SOFC 组件的内摩擦和滞弹性特性

• 发表时间: 2014
• 作者: Yuta Kimura;Shin-ichi Hashimoto;Koji Amezawa;Keiji Yashiro;Tatsuya Kawada
• 通讯作者: Tatsuya Kawada

The Effect of Ferroelasticity of La_<1-x>Sr_xCo_<1-y>Fe_yO_<3-δ> on the Mechanical Stability of Solid Oxide Fuel Cells

La_<1-x>Sr_xCo_<1-y>Fe_yO_<3-δ>铁弹性对固体氧化物燃料电池机械稳定性的影响

• DOI: 10.1149/05701.0635ecst
• 发表时间: 2013
• 期刊: ECS Transactions
• 作者: Yuta Kimura;Julian Tolchard;Mari-Ann Einarsrud;Tor Grande;Koji Amezawa;Shin-ichi Hashimoto;Tatsuya Kawada
• 通讯作者: Tatsuya Kawada

Domain Reorientations and its Influence on Mechanical Properties of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ

La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ的磁畴重新取向及其对力学性能的影响

• 发表时间: 2014
• 作者: Yuta Kimura;Keiji Yashiro;Shin-ichi Hashimoto;Koji Amezawa;Tatsuya Kawada
• 通讯作者: Tatsuya Kawada

Anelastic properties of La_<0.6>Sr_<0.4>Co_<1-y>Fe_yO_<3-δ>at high temperatures

La_<0.6>Sr_<0.4>Co_<1-y>Fe_yO_<3-δ>高温滞弹性性能

• DOI: 10.1016/j.ssi.2013.08.020
• 发表时间: 2014
• 期刊: Solid State Ionics
• 影响因子: 3.2
• 作者: Yuta Kimura;Julian Tolchard;Mari-Ann Einarsrnd;Tor Grande;Koji Amezawa;Mikio Fukuhara;Shin-ichi Hashimoto;Tatsuya Kawada
• 通讯作者: Tatsuya Kawada

Ferroelastic Domain Reorientations and Its Influence on Mechanical Properties of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ

La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ铁弹域重新取向及其对力学性能的影响

• DOI: 10.1149/2.0131411jes
• 发表时间: 2014
• 期刊: Journal of the electrochemical society
• 影响因子: 3.9
• 作者: Y. Kimura;K. Yashiro;S. Hashimoto;and T. Kawada
• 通讯作者: and T. Kawada