光吸収分光法による固体内プロトンの拡散定数決定法の開発

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可視及び赤外の吸収分光光度計を中心にした実験装置の組み立て・改良を行った。特に、本研究では、試料の周りの雰囲気を精度良く制御することが不可欠である。そのためマスフローコントロラ-(申請品)を用いたガスの供給系を製作し,これにより、より高精度でデータを得ることが出来るようになった。また測定の自動化を進めるためコンピュータと実験系をつなぐインターフェースを作製した。結晶の純度と拡散係数の関係を探るため,種々のドーパントイオンを添加したSrZrO_3系の単結晶をフローティング・ゾーン法により作製した。ドーパントイオンとしてはY,ScCeなどの希土類イオンを用いた。またそれらの濃度は、0.01mol%から10mol%の広い範囲で変化させた。ペロブスカイト型プロトン伝導体であるSrZrO_3のプロトンの拡散係数を赤外域に観測される酸素-水素結合の伸縮振動モードの強度から測定した.具体的は、水蒸気を含むアルゴンガス雰囲気から、急激に乾燥したアルゴンガス雰囲気に変化させ、その時の吸収強度の時間依存性からプロトンの拡散係数を見積もった。種々のドーパントを添加したSrZrO_3の赤外吸収スペクトルにおける水蒸気雰囲気中でのアニール時間依存性から,プロトンが複数のサイトに存在することが分かった.また,それらのサイトにおけるプロトン-酸素結合力が大きく異なることが分かった.水蒸気雰囲気から重水素雰囲気に変化させた時の吸収スペクトルの変化から,単結晶とセラミックスでは,欠陥構造やプロトン伝導経路に違いがある可能性があることが分かった.