中性子その場観察による水素貯蔵材料内の残留水素の挙動と拡散経路の可視化

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2022年度にbcc固溶体合金の重水素化物中性回折データを用いてRietveld解析およびPDF解析を実施した。Ti45Cr25Mo30D150, Ti45Cr25Mo30D70, Ti50Cr20Mo30D160, Ti50Cr20Mo30D70の結晶構造および局所構造を精密化した。水素吸蔵前のbcc構造から、最大吸蔵時にCaF2-type構造に構造変化することを捉えた。水素が残留した相では、bcc構造を有することが分かった。Ti45Cr25Mo30D150とTi50Cr20Mo30D160内の重水素は、CaF2-type構造内のTサイトを占有し、占有率は75~89%に達した。単位格子は、水素吸蔵前と比較して39%程度等方的に膨張していることが得られた。水素が残留したTi45Cr25Mo30D70やTi50Cr20Mo30D70では、残留水素はいずれもTサイトを占有することが分かった。Ti45Cr25Mo30D70に関して、Tサイトをスプリットしたサイトモデルを用いて解析した結果、一番良い解析フィットを示したことから、水素がTサイトの中央からずれた位置を占有していることが推察された。PDF解析の結果から、Ti45Cr25Mo30D150とTi50Cr20Mo30D160内の重水素の周辺金属の配位数を調べた。Ti,Cr,Moの配位数は、試料の組成比の割合とほぼ等しいことが分かった。Ti45Cr25Mo30D70やTi50Cr20Mo30D70内の残留水素の周辺金属の配位数について、Tiの平均配位数は2以上を示し、Tiが2個以上含まれる四面体サイトを占有していることが明らかとなった。