PLD法を用いた固体酸化物燃料電地材料の新物質探索

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PLD法により,SOFCの酸素極材料として研究されているGd_<0.5>Sr_<0.5>CoO_3(GSCO)薄膜をYSZの単結晶基板上に作製し,その物性を調べた.製膜条件ターゲット材料:Gd_<0.5>Sr_<0.5>CoO_3,レーザー出力:60mJ,レーザー波長:Nd-YAG355nm,繰り返し周波数:10Hz酸素分圧:10Pa,膜厚:0.8〜3μm,基板温度:室温〜850℃,基板ターゲット間距離:0.02m,基板:YSZ(100)実験結果基板温度は室温〜800℃まで変化させたが,いずれの薄膜もアモルファス状の膜となった.さらにこれらの薄摸を,空気中1050℃で30分アニールしてみたが,薄膜のX線回折パターンは基本的には変化しなかった.今後はGSCO薄膜がアモルファスではなく,軸配向膜となるような薄膜作製条件を見出すようにしたい.次に空気極として必要な電気伝導性を持った薄膜を作製するために,製膜温度を変えた場合の電気抵抗を調べた.その結果,室温で製膜したGSCO薄膜は,MΩオーダーの電気抵抗を示したが,製膜温度を上昇させると,膜の電気抵抗が小さくなることが分かった.特に750℃で製膜したGSCO薄膜では,室温から850℃の領域の電気抵抗(高温抵抗)を測定すると,室温での薄膜の比抵抗は34.52mΩcmであったものが,温度上昇と共に減少し,850℃では1.566mΩcmとなった.さらにこのGSCO薄膜の室温〜77Kの電気抵抗の温度依存性を測定すると,半導体的な挙動を示した.このようにGSCO薄膜をPLD法で作製し,主に電気抵抗を調べた.しかしながら,高温抵抗を測定するために,金ペーストを薄膜に塗布して800℃で焼付けを行い,複数回加熱を繰り返すと,抵抗が大きくなる現象が発生した.これは急速な加熱(30℃/min)によって,薄膜表面に亀裂が生じ,電気抵抗が高くなったこと考えられるが,詳しい原因は不明である.今後は薄膜の作製条件,昇温条件を変え,特性の改善を目指す.今後の課題(1)配向膜の作製.(2)薄膜作製条件の最適化(3)電解質(YSZ),燃料極(NiO)と組み合わせた単セルの制作と,SOFCとしての評価.(4)電極材料の新物質探索