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論文

Surface modifications of hydrogen storage alloy by heavy ion beams with keV to MeV irradiation energies

阿部 浩之; 徳平 真之介*; 内田 裕久*; 大島 武

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part A), p.214 - 217, 2015/12

ニッケル水素電池の負極材として広く使用されている水素吸蔵合金LaNi$$_{4.6}$$Al$$_{0.4}$$に対して、keVからMeVオーダー領域での重イオン照射を行い表面改質を図った。これまでに、水素吸蔵合金に対してイオン照射することで水素吸蔵能が向上すること、表面付近に形成された酸化被膜等により吸蔵能が影響されることを明らかにしている。そこで今回は、酸素イオンを選択し、試料表面付近に酸素注入できるkeVから内部まで侵入させることのできるMeVオーダーまでのエネルギーで、1$$times$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$までのフルエンスを照射した。その結果、酸素イオン照射した試料は水素吸蔵初期反応速度が未照射に比べ数倍向上すること、表面付近に酸素を導入できるkeVオーダーの照射はMeVオーダーの照射に比べて水素吸蔵初期反応速度の向上に有用であることが判明した。

論文

Surface modification effects on hydrogen absorption property of a hydrogen storage alloy by short pulse laser irradiation

阿部 浩之; 下村 拓也; 徳平 真之介*; 島田 幸洋*; 竹仲 佑介*; 古山 雄太*; 西村 昭彦; 内田 裕久*; 大道 博行; 大島 武

Proceedings of 7th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP 2015) (Internet), 4 Pages, 2015/08

短パルスレーザー(ナノ秒,フェムト秒)を水素吸蔵合金表面層に照射し、水素吸蔵能向上を目指す表面改質実験を行った。レーザー条件をパルス幅100fsec、エネルギー0.2-3.4mJ/pulseとして、水素吸蔵合金LaNi$$_{4.6}$$Al$$_{0.4}$$合金に照射することで表面の局所構造を変化させ、この吸蔵合金の初期水素吸蔵反応とレーザー照射との相関について調べた。その結果、フルエンスで2.0mJ/cm$$^{2}$$付近でのレーザー照射したサンプルは未照射サンプルに比べ、1.5-3.0倍水素吸蔵初期反応速度が速くなり水素吸蔵能が向上することを見いだした。これによりレーザー照射は水素吸蔵材料の表面改質に有効であると結論づけられる。

論文

Synergic effects of ion irradiations (La, Ce) and alkaline pretreatment (KOH) on hydriding kinetic property of a Mm-Ni based alloy

阿部 浩之; 青根 茂雄*; 森本 亮*; 内田 裕久*

Journal of Alloys and Compounds, 580(Suppl.1), p.S219 - S221, 2013/12

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.3(Chemistry, Physical)

水素吸蔵合金の吸蔵能の1つに、水素吸蔵初期反応速度がある。今回、イオン照射による表面改質技術を目的に種々のイオンをMm-Ni系水素吸蔵合金に照射したところ希土類イオンであるLaイオン,Ceイオンが水素吸蔵初期反応速度を大きく向上させることが判明した。さらにこれらイオン照射後のサンプルをKOHアルカリ溶液にて化学処理を施した場合、イオン照射したサンプルよりも数倍の初期反応速度の向上が見られた。これら希土類元素は水素を吸収しやすい物質であるため、表面にLaやCeイオンを導入することで初期反応速度が促進されたと考えられる。さらにKOHのアルカリ溶液にて化学処理をすることで、表面酸化膜がエッチングされるとともに、カリウム原子が合金表面仕事関数を下げることで、初期反応速度が速くなると考えられる。

論文

Effects of ultra-intense laser driven proton beam on the hydriding property of palladium

阿部 浩之; 織茂 聡; 岸本 雅彦*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大道 博行; 大島 武

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 307, p.218 - 220, 2013/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.68(Instruments & Instrumentation)

荷電粒子照射による金属材料の構造変化や水素吸蔵特性を調べ、メカニズム解明に必要な基礎データを取得するとともに、水素吸蔵材料の高機能化に関する研究の一環として、レーザー駆動プロトンビーム(J-KAREN)において広エネルギー帯域(数十keV$$sim$$3.2MeV)のプロトンビームを水素吸蔵合金MmNi$$_{5}$$に照射し、その水素吸蔵能向上に対する有用性について調査した。また比較としてTIARAタンデム加速器、イオン注入器において、30keV$$sim$$6MeVプロトンビームを実用水素吸蔵合金に照射した。照射サンプルの水素吸蔵初期反応速度測定を実施し、未照射サンプルとレーザー駆動プロトンビーム、単色プロトンビーム照射との測定結果を比較した。その結果、未照射サンプルに対してレーザー駆動プロトンビームは十数倍の反応速度向上が見られた。一方、単色プロトンビーム照射実験の結果では未照射サンプルに比べ数倍程度の吸蔵能向上であり、このことより、広いエネルギー帯をもつレーザー駆動プロトンビーム照射の有用性が実証された。

論文

Local structure analysis of SmFe$$_2$$ and TbFe$$_2$$

米田 安宏; 小原 真司*; 伊藤 真義*; 阿部 浩之; 竹内 光明*; 内田 裕久*; 松村 義人*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 38(1), p.109 - 112, 2013/03

超磁歪材料であるSmFe$$_2$$及びTbFe$$_2$$の局所構造解析を高エネルギーX線を用いた2体相関分布関数法(atomic pair-distribution function: PDF)によって行った。SmFe$$_2$$やTbFe$$_2$$の磁歪特性はイオン照射によってコントロールすることができるが、そのメカニズムを明らかにすることができた。イオン照射はSmFe$$_2$$及びTbFe$$_2$$のFe-Feの相関に作用し、Fe-Feの相関を選択的に分断する。これによってFe-FeのネットワークからSm-Sm及びTb-Tbのネットワークへと結晶構造の担い手が変化する。これによって磁歪特性が制御できることを示した。

論文

Improvement of hydrogen absorption characteristics of Pd using irradiation of heavey ions

阿部 浩之; 青根 茂雄*; 森本 亮*; 内田 裕久*; 大島 武

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 36(1), p.133 - 135, 2011/03

これまでに、パラジウム(水素吸蔵材料)について、重イオン照射により欠陥導入させることで表面構造が乱れ、それにより表面改質効果が生じ、水素吸蔵能向上が見込まれることを見いだしている。本研究ではその表面状態についてさらに詳細な知見を得るため、表面仕事関数測定により電子状態を調べ、初期水素吸蔵反応速度との相関関係を調べた。照射イオンはNイオン,Crイオン,Agイオン,Xeイオン照射を実施し、ドーズ量は10$$^{14}$$$$sim$$10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$とした。水素吸蔵反応速度測定により、イオン照射したPdは未照射Pdに比べ反応速度が3$$sim$$10倍速くなることを確認し、仕事関数測定ではイオン照射のドーズ量の増加に伴い、仕事関数値が負側へシフトすることが判明した。これより、イオン照射により表面構造が乱され、表面電子状態が不安定になった結果、水素原子が取り込まれやすい状態となり、初期水素吸蔵反応速度が速くなったと結論できる。

論文

Phase transformation of Mg-Fe alloys

米田 安宏; 阿部 浩之; 大島 武; 内田 裕久*

Journal of Applied Physics, 107(9), p.093505_1 - 093505_6, 2010/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:88.12(Physics, Applied)

メカニカルアロイ(MA)法を用いて作製したMg-Fe合金の構造解析を行った。MA法を用いると15mol%までのMgがFeのbccサイトに置換する。従来の周期的構造を過程した平均構造と、ランダム系構造解析手法の一つである2体相関分布関数法(pair-distribution function, PDF)を組合せることによって、短範囲構造と長距離構造のつなぐ中間距離の構造を明らかにした。その結果、Mg-Fe合金はMg組成の変化に伴って2相混合状態からマルテンサイト状態へと相変化することがわかった。

論文

Ion-irradiation effects of hydrogen absorption in palladium metal

米田 安宏; 田村 和久; 阿部 浩之; 大島 武; 森本 亮*; 内田 裕久*; 水木 純一郎

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 33(4), p.1053 - 1056, 2008/12

水素吸蔵合金であるパラジウムの特性を改変するためにN$$^+$$イオン照射を行い、エッチングなどによる表面改変に比べ大幅に改善されることがわかった。このしくみを理解するために表面構造を電子顕微鏡で、またミクロスコピックな構造を放射光X線を用いて調べた。N$$^+$$イオンはパラジウム金属中に留まることはないため、イオン照射時に生じる格子欠陥が水素吸蔵過程に変化をもたらしていると考えられる。SEM観察からは金属パラジウムの表面自体は照射前から圧延時の痕跡が見られ、照射による表面積の拡大が水素吸蔵に影響を与えているとは考えられない。したがって、X線によって明らかとなった格子欠陥によるミクロ構造の変化が本質的に水素吸蔵量と関係していると考えられる。

論文

Effects of ion irradiation on hydriding rate of Mm based hydrogen storage alloy

阿部 浩之; 森本 亮*; 佐藤 史篤*; 東 順人*; 内田 裕久*

Journal of Alloys and Compounds, 408-412, p.348 - 350, 2006/02

 被引用回数:10 パーセンタイル:41.66(Chemistry, Physical)

水素吸蔵材料としてMm系AB$$_{5}$$型の希土類合金(MmNi$$_{5}$$)は有用視されており、既にニッケル水素電池の負極材として実用化されているが、自動車用等の水素貯蔵システムへの応用のためには、水素吸蔵性能の大幅な向上が必要である。そこで、材料表層改質にとって有力な手法であるイオン照射法を行い、合金の表面近傍に欠陥やボイドを生成させることによる水素吸蔵能向上の可能性を検討した。イオン照射を実施後、水素吸蔵能の変化を水素化速度の測定により評価した結果、照射によりMm系AB$$_{5}$$型希土類合金の吸蔵能が数倍向上することが確認できた。水素吸蔵能の向上は照射によって形成した表面近傍の欠陥濃度に依存し、これらの欠陥の存在が水素化速度を増加させていることがわかった。

論文

Effects of surface modification by ion irradiation on the electrochemical hydrogen absorption rate of Pd

阿部 浩之; 森本 亮*; 佐藤 史篤*; 東 順人*; 内田 裕久*

Journal of Alloys and Compounds, 404-406, p.288 - 292, 2005/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.52(Chemistry, Physical)

パラジウム(Pd)の水素吸収特性の改善を目指し、イオン照射による表面改質がPdの水素吸収速度に及ぼす影響を調べた。イオン種としてはプロトン,ヘリウムイオン,窒素イオン,アルゴンイオンを用い、加速エネルギー範囲30$$sim$$350keVで、最大照射量1$$times$$10$$^{17}$$cm$$^{-2}$$まで照射を実施した。電気化学的水素化測定の結果、イオン照射Pdは未照射Pdに比べ吸収速度が向上し、向上割合はイオン照射のエネルギーと照射量に依存する傾向が得られた。この原因は、照射により生成される欠陥が水素トラップとして働き、水素吸収速度を高めていると考えられる。

論文

Improvement of hydrogen absorption rate of Pd by ion irradiation

阿部 浩之; 内田 裕久*; 東 順人*; 上殿 明良*; Chen, Z. Q.*; 伊藤 久義

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 206(1-4), p.224 - 227, 2003/05

 被引用回数:18 パーセンタイル:22.74

パラジウム(Pd)は水素の吸放出反応により超高純度水素精製として利用されてきた。本研究ではこのPdの水素吸放出過程について、従来よりその応答性が良くなるように、イオン照射による表面改質についての研究を行った。イオン照射技術は表面改質としては良く知られている技術であり、Pdに対してその水素吸収能の向上を試みた。照射イオンは H$$^{+}$$, He$$^{+}$$, Ar$$^{+}$$を用い、イオンビームエネルギー30$$sim$$350keV、照射量は0$$sim$$1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$まで行った。その結果、イオン照射したPdは未照射に比べ、数倍吸収速度が向上した。この効果は、イオン入射エネルギーに依存することから、イオン照射により生成される欠陥の深さ方向の欠陥密度との関係によるものと考えられる。Pd表面層に生成された欠陥層は水素化物の核形成や成長に寄与し、水素吸収速度を高めていると推測できる。

論文

Positron annihilation studies of defects in ion implanted palladium

阿部 浩之; 上殿 明良*; 内田 裕久*; 小松 淳*; 岡田 漱平; 伊藤 久義

Materials Science Forum, 363-365, p.156 - 158, 2001/05

パラジウム(Pd)の水素吸蔵能を向上させることは実用上非常に重要である。われわれは、イオン照射による材料改質の検討の一環として、照射欠陥と水素吸蔵特性との関係を調べた。Pd板(サイズ: 10$$times$$10$$times$$0.1mm$$^{3}$$)にプロトン照射(エネルギー: 100keV,ドーズ量: 最大1$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^{2}$$)を行い、形成される欠陥を低速陽電子ビームを用いた消滅$$gamma$$線エネルギードップラー拡がり測定により評価した。この結果、照射によるS-パラメータの増加が観測され、Pd表面層(厚さ400nm)における空孔クラスターの形成が確認された。また、照射及び未照射試料の水素吸蔵速度及び最大吸蔵量を比較した結果、照射により最大吸蔵濃度は変化しないが、吸蔵速度は低下することがわかった。これは、Pdバルク内への水素原子侵入に対する空孔クラスターのブロッキング効果で説明できる。

口頭

Pdの電気化学的水素化特性に及ぼすN$$^{+}$$イオン照射の影響

若林 剛*; 森本 亮*; 内田 裕久*; 阿部 浩之

no journal, , 

水素吸蔵材料の水素吸放出過程において、試料表面の状態は非常に重要である。そこで本研究では、表面改質技術として知られているイオン照射が水素吸蔵材料であるPdの水素吸収特性に及ぼす影響について調べた。本報告では、N$$^{+}$$イオン照射の照射エネルギーの違いがPdの水素化速度に及ぼす影響について報告する。

口頭

イオン照射による水素吸蔵材料Pdの表面改質効果

阿部 浩之; 内田 裕久*; 森本 亮*; 伊藤 久義

no journal, , 

水素吸蔵材の性能を大幅に向上させることは実用上重要であり、本研究では吸蔵能の向上やそれらメカニズム解明の足がかりとして、シンプルな単体金属材Pdを選定し、その水素吸蔵特性に対するイオン照射効果を調べた。Pdに対してNイオンやCrイオン照射を施し、水素吸蔵初期反応速度の測定を行った結果、照射によって水素化速度が向上できることがわかった。

口頭

イオン照射による水素吸蔵材料の水素化特性及び構造変化

阿部 浩之; 内田 裕久*; 森本 亮*; 米田 安宏; 水木 純一郎; 伊藤 久義

no journal, , 

パラジウム(Pd)等の水素吸蔵材料では吸蔵の性能を大幅向上させることは実用上重要である。本研究ではイオン照射が吸蔵能力向上に及ぼす効果や、その機構解明の基礎データ取得のため、イオン照射したPdの水素吸蔵初期反応速度測定や水素吸放出前後の原子構造の変化について調べた。その結果、Pdに対して窒素イオン,クロムイオン照射することで水素吸蔵初期反応速度が向上することが見いだされた。さらにSPring-8を用いて構造解析を行ったところPd原子間距離の広がりを示すピークが確認され、Pd全体として構造膨張することが明らかになった。

口頭

Pdの電気化学的水素化特性に及ぼすイオン照射の影響

青根 茂雄*; 森本 亮*; 阿部 浩之; 内田 裕久*

no journal, , 

水素吸蔵材料の水素反応において試料表面状態の情報は非常に重要である。そこで本研究では水素吸蔵材料であるPdの表面近傍にイオン照射により空孔型欠陥を生成させ、水素吸蔵特性に及ぼす影響について調べた。特に、イオン照射エネルギー及び照射量の違いによる水素吸蔵初期反応速度(水素化速度)への影響を調べた。用いたイオン種はHイオン,Arイオン,Xeイオンで、30$$sim$$350keVで、1$$times$$10$$^{14}$$, 1$$times$$10$$^{16}$$, 1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$のフルエンスを照射した。水素吸蔵評価では照射サンプルそれぞれ1サイクルの吸放出実験を行い、各サンプルの水素化速度を測定した。その結果、未照射サンプルよりもイオン照射したサンプルの方が高い水素化速度を示し、照射エネルギー、あるいは照射量が増えるにつれて、水素化速度が向上する傾向が見られた。このことより、試料表面にイオン照射により空孔型欠陥を形成することが、水素化反応の向上に有効であることが明らかとなった。また水素化速度向上のイオン種依存性も観測されており、欠陥形成だけでなく、試料内部に若干残留するイオンの性質や状態も水素吸蔵特性に影響を及ぼすことが示唆された。

口頭

イオン照射によるPdの電気化学的水素吸収特性の変化

阿部 浩之; 森本 亮*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

Pdは水素吸収(吸蔵)する単体金属である。また実用材料としての水素吸蔵合金はニッケル水素電池の負極材やそのほかさまざまな用途に用いられている。これら材料の水素吸蔵性能を大幅向上させることは実用上重要である。そこでわれわれはイオン照射による吸蔵能向上を検討するため、PdへのCrイオン及びXeイオン照射を実施し、水素吸収初期反応速度や水素吸放出前後の仕事関数測定をして評価した。その結果、未照射に比べ、照射量変化による水素吸収初期反応速度の向上,表面仕事関数の負方向へのシフトや水素吸収速度が最大で10倍程度の向上を示した。

口頭

イオン照射によるPdの水素吸蔵特性とその表面改質効果

阿部 浩之; 森本 亮*; 青根 茂雄*; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

水素吸放出可能な単体金属材料として、パラジウム(Pd)がよく知られている。材料の水素吸蔵能高機能化や水素吸蔵反応についてのメカニズム解明(モデル化)につながるデータ取得のために、材料改質に有効な手法であるイオン照射を行った。照射によるPdの欠陥形成過程や表面活性について、水素吸蔵初期反応速度測定やPd表面における仕事関数測定により評価を行った。その結果、照射によってPd表面を活性状態にさせることで、未照射Pdに比べ数倍高い水素化速度を示すことがわかった。また仕事関数に関しては、照射量の増加に伴い未照射Pdよりも低い値になることが見いだされた。このことにより、アルカリ溶液中での水素吸蔵実験では、アルカリ単原子がPd表面上に吸着することで、仕事関数の減少が生じ、それにより水分子とPd表面上での電子交換が早まり、結果としてH$$_{2}$$Oの解離反応が促進され、水素吸蔵初期反応速度が向上したと推測される。

口頭

Pdの電気化学的水素化特性に及ぼすCuイオン照射の影響

青根 茂雄*; 阿部 浩之; 内田 裕久*

no journal, , 

水素吸蔵材料の水素化反応において、その表面状態の知見を得ることは重要である。本研究ではイオン照射(Cuイオン照射)により材料表面に欠陥形成を行い、水素吸蔵材料Pd(パラジウム)の水素化特性に及ぼす影響について調べた。その結果、Cuイオン照射Pdは、未照射よりも速い水素化速度(水素吸収初期反応速度)を示すことが明らかになった。イオン照射により、Pd表面近傍に空孔型欠陥が形成され、水素化反応初期において水素化物相の核形成・成長に寄与していると推測され、イオン照射が水素化速度の向上に有効であると考えられる。

口頭

Effects of ion irradiations and KOH pretreatment on hydrogen absorption rate of the MmNi$$_{5-x}$$(Al, Mn, Co)$$_{x}$$ alloy

青根 茂雄*; 内田 裕久*; 阿部 浩之

no journal, , 

水素吸蔵合金の実用材料として使用されているMmNi$$_{5-x}$$(Al, Mn, Co)$$_{x}$$系合金のさらなる特性向上を目指し、イオン照射と照射前のKOH処理が水素吸収速度に及ぼす影響について調べた。これまでわれわれは、イオン照射は金属に高濃度の欠陥を生成することができ、Pdにおいて水素吸収特性が改善されること,アルカリ処理によりLaNi$$_{5}$$の初期水素吸収速度が向上することを見いだしている。これら2つの知見をもとに、イオン照射とアルカリ処理との相関に着目し、初期水素吸収速度の測定を実施した。その結果、吸蔵初期反応において、アルカリ処理の有無とイオン照射と未照射により、水素吸蔵初期反応について明らかな差異が認められ、アルカリ処理に加え、さらにイオン照射を施すことで、水素吸蔵初期反応が大幅に改善されることが明らかとなった。

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