Effects of composition and structure on gasochromic coloration of tungsten oxide films investigated with XRD and RBS

X線回折及びラザフォード後方散乱法による酸化タングステン膜の組成と結晶構造の決定とガスクロミック着色について

山本 春也; 高野 勝昌; 井上 愛知; 吉川 正人

Yamamoto, Shunya; Takano, Katsuyoshi; Inoue, Aichi; Yoshikawa, Masahito

酸化タングステン膜は、水素の吸蔵により透明から濃い青色に着色するガスクロミック現象を発現することから、水素検知材料としての利用が期待されている。本研究では、光学式水素センサーの開発を目的に、反応性スパッター法により作製した酸化タングステン膜について、その組成や結晶構造とガスクロミック特性との関係について系統的に調べた。実験では、成膜中の酸素分圧をパラメータに酸化タングステン膜の作製を行い、ラザフォード後方散乱法によるタングステン(W)と酸素(O)と原子数比の決定を行い、さらにX線回折法による結晶構造評価を行った。その結果、タングステン膜のO/Wの比が3近傍でありながら非晶質構造を有する酸化タングステン膜だけにガスクロミック現象が発現することがわかった。

Tungsten oxide films coated with Pd catalysts are colored by exposure to hydrogen gas (gasochromic coloration) and it can be used for optical hydrogen sensors. The effects of composition and structure on gasochromic coloration of tungsten oxide films for hydrogen have been investigated. Tungsten oxide films with various O/W atomic ratios from 1.5 to 3.0 are prepared using a reactive rf magnetron sputtering at different oxygen partial pressures. The crystallographic structure and O/W atomic ratio of the films were determined by X-ray diffraction and Rutherford backscattering spectroscopy. The stoichiometric WO film with amorphous structure resulted in superior gasochromic coloration. The superior gasochromic performance was realized in stoichiometric WO films with amorphous structure. It suggests that the gasochromic coloration of tungsten oxide films for hydrogen is strongly influenced by the composition and structure.