天然ガス改質システム用混合導電体の研究

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スピンコーティング法を用いて作製した、CeO_2-CoFe_2O_4混合イオン導電体薄膜と多孔質支持基板からなる複合構造体の作製方法を明らかにするために、薄膜および多孔質支持基板の作製条件を検討した。まず硝酸塩または酢酸塩を出発原料としたCeO_2およびCoFe_2O_4前駆体溶液の作製と有機物熱分解温度および結晶化温度と膜の結晶性、微細組織との関係を明らかにした。まだ、膜と同じ組成を有する多孔質焼結体の作製条件について、出発原料、仮焼粉末粉砕条件、焼成条件の最適化を行った。次いで、多孔質支持基板と薄膜との界面に、スパッタ法で作製したCeO_2バリア層を挿入することで、従来よりも薄いCeO_2-CoFe_2O_4薄膜でリークのない酸素透過膜構造体を作製することが可能なことを明らかにした。また、新規材料の探索に関しては、CeO_2ナノ結晶やペロブスカイト系BiFeO_3に注目し、その作製条件について検討を行った。CeO_2系材料では、結晶組織を微細化することで、電気伝導性に加えてイオン導電性も発現されることを見いだし、CeO_2系多孔質支持体上にCeO_2ナノ結晶薄膜を作製した複合構造体の酸素透過速度の測定を試みた。特に、SrをドープしたBiFeO_3系材料は、予想以上に高いイオン導電性および電子電導性を示すことを発見した。また東北大学との共同研究で、BiFeO_3系材料が還元性雰囲気の中でも安定に存在することから、従来の天然ガス改質システムの動作温度である1000℃よりも低い800℃前後で使用可能な酸素透過膜用材料として、さらには酸素センサ用材料としても応用が期待できることを明らかにした。