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論文

Magnetization dynamics and its scattering mechanism in thin CoFeB films with interfacial anisotropy

岡田 篤*; He, S.*; Gu, B.; 金井 駿*; Soumyanarayanan, A.*; Lim, S. T.*; Tran, M.*; 森 道康; 前川 禎通; 松倉 文礼*; et al.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 144(15), p.3815 - 3820, 2017/04

Studies of magnetization dynamics have incessantly facilitated the discovery of fundamentally novel physical phenomena, making steady headway in the development of magnetic and spintronics devices. The dynamics can be induced and detected electrically, offering new functionalities in advanced electronics at the nanoscale. However, its scattering mechanism is still disputed. Understanding the mechanism in thin films is especially important, because most spintronics devices are made from stacks of multilayers with nanometer thickness. The stacks are known to possess interfacial magnetic anisotropy, a central property for applications, whose influence on the dynamics remains unknown. Here, we investigate the impact of interfacial anisotropy by adopting CoFeB/MgO as a model system. Through systematic and complementary measurements of ferromagnetic resonance (FMR) on a series of thin films, we identify narrower FMR linewidths at higher temperatures. We explicitly rule out the temperature dependence of intrinsic damping as a possible cause, and it is also not expected from existing extrinsic scattering mechanisms for ferromagnets. We ascribe this observation to motional narrowing, an old concept so far neglected in the analyses of FMR spectra. The effect is confirmed to originate from interfacial anisotropy, impacting the practical technology of spin-based nanodevices up to room temperature.

論文

Free boundary equilibrium in 3D tokamaks with toroidal rotation

Cooper, W. A.*; Brunetti, D.*; Faustin, J. M.*; Graves, J. P.*; Pfefferl$'e$, D.*; Raghunathan, M.*; Sauter, O.*; Tran, T. M.*; Chapman, I. T.*; Ham, C. J.*; et al.

Nuclear Fusion, 55(6), p.063032_1 - 063032_8, 2015/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.91(Physics, Fluids & Plasmas)

入れ子の磁気面を持つ一流体三次元MHD平衡にトロイダル回転を適切に考慮するモデルを開発した。このモデルは軸対称系における回転を考慮したMHD平衡を厳密に再現できる。このモデルは三次元的な変化の大きい領域でプラズマ回転のシアが無視できる場合に適用可能である。MAST装置におけるヘリカルコアを持つ平衡において、回転の影響は磁場構造に対しては小さいが圧力分布は大きく変化させることを示した。この圧力の変化は磁気軸付近の圧力の減少であり、回転によってさらなる3次元的な変化を引き起こすものではなかった。また、粒子軌道追跡コードVENUSを用いて3次元トカマクプラズマ中の高エネルギー粒子閉じ込めを調べた。プラズマがトロイダル回転をしている場合、粒子軌道はこの回転が作り出す静電ポテンシャルの影響を受ける。さらに、平衡の3次元性はオーム則に現れる座標に依存した項の影響を受け、これが高エネルギー粒子閉じ込めに大きな影響を与えることを示した。

論文

An Approximate single fluid 3-dimensional magnetohydrodynamic equilibrium model with toroidal flow

Cooper, W. A.*; Hirshman, S. P.*; Chapman, I. T.*; Brunetti, D.*; Faustin, J. M.*; Graves, J. P.*; Pfefferl$'e$, D.*; Raghunathan, M.*; Sauter, O.*; Tran, T. M.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 56(9), p.094004_1 - 094004_8, 2014/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:71.69(Physics, Fluids & Plasmas)

入れ子の磁気面を持つ一流体三次元MHD平衡にトロイダル回転を適切に考慮するモデルを開発した。このモデルは軸対称系における回転を考慮したMHD平衡を厳密に再現できる。このモデルは三次元的な変化の大きい領域でプラズマ回転のシアが無視できる場合に適用可能である。MAST装置におけるヘリカルコアを持つ平衡において、回転の影響は磁場構造に対しては小さいが圧力分布は大きく変化させることを示した。この圧力の変化は磁気軸付近の圧力の減少であり、回転によってさらなる3次元的な変化を引き起こすものではなかった。

論文

Poly(ethylene-co-tetrafluoroethylene) (ETFE)-based graft-type polymer electrolyte membranes with different ion exchange capacities; Relative humidity dependence for fuel cell applications

Tran, D. T.; 澤田 真一; 長谷川 伸; 勝村 庸介*; 前川 康成

Journal of Membrane Science, 447, p.19 - 25, 2013/11

 被引用回数:16 パーセンタイル:40.19(Engineering, Chemical)

燃料電池に用いられる電解質膜は、異なる加湿条件下で良好な膜特性を発現する必要がある。そこで本研究では、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)を基材とするグラフト型電解質膜(ETFE電解質膜)のプロトン伝導性及び機械的特性の相対湿度(RH)依存性を調べた。温度80$$^{circ}$$Cにおいて、イオン交換容量1.3-2.9mmol/gをもつ電解質膜のプロトン伝導度は、RH30%において0.001-0.013S/cm、RH98%において0.16-0.52S/cmであった。芳香族炭化水素高分子を基材とする電解質膜と比較して、ETFE電解質膜のプロトン伝導性の相対湿度に対する依存性は小さかった。これは、低湿度下においても親水性領域(ポリスチレンスルホン酸グラフト鎖と水)と疎水性領域(ETFE主鎖)が明確に相分離し、プロトン伝導経路が維持されるからであると考えられる。機械的特性に関しては、温度80$$^{circ}$$C、RH100%において、ETFE電解質膜は全てのIECにおいてNafionと同等もしくはそれ以上の破断強度を有することがわかった。

論文

Actuator and diagnostic requirements of the ITER plasma control system

Snipes, J. A.*; Beltran, D.*; Casper, T.*; Gribov, Y.*; 諫山 明彦; Lister, J.*; Simrock, S.*; Vayakis, G.*; Winter, A.*; Yang, Y.*; et al.

Fusion Engineering and Design, 87(12), p.1900 - 1906, 2012/12

 被引用回数:19 パーセンタイル:12.9(Nuclear Science & Technology)

ITERにおけるプラズマ制御システムでは約50の計測システムと約20のアクチュエータが装備される。アクチュエータとしては、磁気コイル,加熱/電流駆動装置,ガス/ペレット入射装置,真空排気装置などからなる。計測システムの制御仕様は、機器保護,基本制御,先進制御,物理研究の4つのカテゴリーに分けて規定されている。本発表では、筆頭著者らにより検討が進められているITERプラズマ制御システムの概要を述べるとともに、典型的な不安定性・摂動である垂直位置不安定性,鋸歯状振動,新古典テアリングモード,周辺局在モード,誤差磁場,抵抗性壁モード,アルヴェン固有モード,ディスラプションの制御に必要な計測システムの性能及び現在の制御システムとの整合性について報告する。

論文

Parallel filtering in global gyrokinetic simulations

Jolliet, S.; McMillan, B. F.*; Villard, L.*; Vernay, T.*; Angelino, P.*; Tran, T. M.*; Brunner, S.*; Bottino, A.*; 井戸村 泰宏

Journal of Computational Physics, 231(3), p.745 - 758, 2012/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:45.97(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

In this work, a Fourier solver is implemented in the global Eulerian gyrokinetic code GT5D and in the global Particle-In-Cell code ORB5 in order to reduce the memory of the matrix associated with the field equation. This scheme is verified with linear and nonlinear simulations of turbulence. It is demonstrated that the straight-field-line angle is the coordinate that optimizes the Fourier solver, that both linear and nonlinear turbulent states are unaffected by the parallel filtering, and that the $$k_parallel$$ spectrum is independent of plasma size at fixed normalized poloidal wave number.

論文

Gyrokinetic simulations of turbulent transport; Size scaling and chaotic behaviour

Villard, L.*; Bottino, A.*; Brunner, S.*; Casati, A.*; Chowdhury, J.*; Dannert, T.*; Ganesh, R.*; Garbet, X.*; G$"o$rler, T.*; Grandgirard, V.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 52(12), p.124038_1 - 124038_18, 2010/11

 被引用回数:16 パーセンタイル:39.15(Physics, Fluids & Plasmas)

This paper presents some of the main recent advances in gyrokinetic theory and computing of turbulence. A past controversy regarding the finite size (finite $$rho^*$$) effect in ITG turbulence has now been resolved. Now, both Eulerian and Lagrangian global codes are shown to agree and to converge to the flux-tube result in the $$rho^*$$ $$rightarrow$$ 0 limit. It is found, however, that an appropriate treatment of geometrical terms is necessary. Turbulent processes are characterized by a chaotic behavior, often accompanied by bursts and avalanches. Performing ensemble averages of statistically independent simulations, starting from different initial conditions, is presented as a way to assess the intrinsic variability of turbulent fluxes and obtain reliable estimates of the standard deviation.

論文

Global nonlinear electromagnetic simulations of tokamak turbulence

Bottino, A.*; Scott, B. D.*; Brunner, S.*; McMillan, B. F.*; Tran, T. M.*; Vernay, T.*; Villard, L.*; Jolliet, S.; Hatzky, R.*; Peeters, A. G.*

IEEE Transactions on Plasma Science, 38(9), p.2129 - 2135, 2010/09

 被引用回数:24 パーセンタイル:27.04(Physics, Fluids & Plasmas)

The particle-in-cell code ORB5 is a global gyrokinetic turbulence simulation code in tokamak geometry. It solves the gyrokinetic equation in the whole plasma core, including the magnetic axis. A field-aligned filtering procedure and sophisticated noise/control and heating operators allow for accurate simulations. Recently, the code ORB5 has been extended to include self-consistent perpendicular magnetic field perturbations. The inclusion of magnetic perturbations allows for a comprehensive study of finite $$beta$$ effects on microinstability. In this paper, we present the first linear and nonlinear code results concerning electromagnetic effects on tokamak microinstabilities.

論文

Metal adsorption of carboxymethyl cellulose/carboxymethyl chitosan blend hydrogels prepared by $$gamma$$ irradiation

廣木 章博; Tran, H. T.*; 長澤 尚胤; 八木 敏明*; 玉田 正男

Radiation Physics and Chemistry, 78(12), p.1076 - 1080, 2009/12

 被引用回数:39 パーセンタイル:5.19(Chemistry, Physical)

カルボキシメチルセルロース(CMC)とカルボキシメチルキトサン(CMCts)をさまざまな比率(CMC/CMCts:100/0, 75/25, 50/50, 25/75, 0/100)でブレンドし、水と混練りすることで、30wt%のペースト状サンプルを調製した。真空脱気後、$$gamma$$線照射することでCMC/CMCtsブレンドゲルを合成した。得られたゲルのゲル分率は、照射線量が20-30kGyの間で急激に増加し、100kGyで約60%に達した。CMCtsに含まれる窒素に着目し、ゲル化前後のサンプルの元素分析を行った結果、サンプル中に含まれる窒素の割合は、ゲル化前後でほぼ一致していることがわかった。したがって、ゲル中のCMCとCMCtsの組成比は、照射前のブレンド比とほぼ同じであると考えられる。ブレンドゲルを金と鉛イオン水溶液に浸漬し、吸着された金属イオンの割合(金属イオン吸着率)をICP-質量分析装置により測定した。金属イオン吸着率は、CMCのみから成るゲルが最も低く、CMCtsの比率が増加するにしたがい増加することがわかった。鉛イオンの吸着率は、約55%から約80%に増加した。金イオンの場合、CMC/CMCts(100/0)ゲルでわずか10%であった吸着率が、CMC/CMCts(75/25)ゲルになると約60%に達し、その後CMCtsの増加に伴い徐々に増加し約90%に達した。したがって、ブレンドゲル中のCMCとCMCtsの組成を調整し、官能基の数を制御することで、金イオンの吸着性能を制御できることが明らかとなった。

論文

Design of electron cyclotron heating and current drive system of ITER

小林 則幸; Bigelow, T.*; Bonicelli, T.*; Cirant, S.*; Denisov, G.*; Heidinger, R.*; Henderson, M.*; Hogge, J.-P.*; Piosczyk, B.*; Ramponi, G.*; et al.

AIP Conference Proceedings 933, p.413 - 416, 2007/10

2001年工学設計活動終了以降、電子サイクロトロン加熱電流駆動装置の設計は、物理的理解の進みや取り合い条件変更に従い、変化してきた。定格20MWの高周波電力を4台の上部ランチャー又は1台の水平ランチャーにより入射する。どちらのランチャーも、高周波ビームの広い入射角度変化が必要なため、ランチャー先端近くに回転ミラーを置く方式を用いる。高周波ビームの変調と3極が供給する170GHzジャイロトロンに対応する自由度を考慮し、IGBTによるパルスステップモジュレータで構成した直流高圧電源を使用の予定である。ジャイロトロンからの高周波は直径63.5mmのコルゲート導波管でランチャーまで伝送し、上部ランチャーと水平ランチャーとの間で導波管スイッチにより伝送方向を切り替える。加熱電流駆動装置には、3台の127.5GHzジャイロトロンと専用直流高圧電源から成り、初期電離を補助するスタートアップ装置がある。水平ランチャーからスタートアップ用高周波を入射するため、3台の170GHzジャイロトロンと伝送系を共用する。信頼性のあるITER用電子サイクロトロン加熱電流駆動装置を確立するため、大電力長パルスに耐える機器の研究開発を行っている。

論文

A Global collisionless PIC code in magnetic coordinates

Jolliet, S.*; Bottino, A.*; Angelino, P.*; Hatzky, R.*; Tran, T. M.*; McMillan, B. F.*; Sauter, O.*; Appert, K.*; 井戸村 泰宏; Villard, L.*

Computer Physics Communications, 177(5), p.409 - 425, 2007/09

 被引用回数:143 パーセンタイル:1.41(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

グローバルプラズマ乱流シミュレーションコードORB5について報告する。コードの大きな特徴は、直線磁力線座標を用い磁力線に沿ったフーリエフィルターを適用することによる数値ノイズ低減や時間ステップ幅の伸長により、処理性能を大幅に向上させたことである。また、もう一つの特徴は任意の軸対称理想MHD平衡配位を取り扱えることである。帯状流の解析解、及び、ほかのコードとの線形及び非線形テストにおいてコードの妥当性を検証した。

論文

放射線橋かけによるポリ乳酸の改質

長澤 尚胤; 金田 綾子*; 松崎 友章*; 金澤 進一*; 八木 敏明; Tran, M. Q.*; 三友 宏志*; 吉井 文男; 玉田 正男; Quynh, T. M.*

JAEA-Review 2006-042, JAEA Takasaki Annual Report 2005, P. 53, 2007/02

デンプンを原料とする植物由来プラスチックであるポリ乳酸(以下PLAと略記)は、約170$$^{circ}$$Cの高い融点を有し、透明性や機械的特性などが優れていることから、実用化に一番近い材料として有望視されている。しかし、PLAは約60$$^{circ}$$Cを超えると熱変形し、強度が低下するという欠点があるため、耐熱性の向上が必要とされている。ここでPLAの耐熱性改善に対して、放射線照射による橋かけ構造を導入することを試みた。PLAに融点以上の温度(180$$^{circ}$$C)でポリマー重量に対して3重量%濃度の各種多官能性モノマーを添加して$$gamma$$線照射したPLAのゲル分率を測定した結果、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)とトリメチルプロパントリアクリレート添加した系のみ、50kGy照射で80%のゲルが生成し、効果的に橋かけ反応が起きた。橋かけ前後の熱機械的分析の結果、未照射PLAでは、約60$$^{circ}$$Cのガラス転移温度以上で急激に変形し、約100$$^{circ}$$Cで測定不可能になる。3%TAIC濃度で50kGy照射したPLAでは、約60$$^{circ}$$Cで変形せず、200$$^{circ}$$Cでも5%しか変形しないことから、橋かけ構造導入により耐熱性が極めて大きく向上することがわかった。放射線照射によって橋かけしたPLAを熱収縮チューブに応用した。橋かけPLAを200$$^{circ}$$Cで2.5倍に膨張させ、室温で冷却固定すると熱収縮チューブにでき、このチューブを160$$^{circ}$$C以上で再加熱すると、元の大きさに収縮して電線などの結束部分の保護材として利用できる。

口頭

セルロース/キトサン誘導体ブレンドゲルの金属吸着特性

廣木 章博; 長澤 尚胤; 八木 敏明; 玉田 正男; Tran, H. T.*

no journal, , 

カルボキシル基を持つカルボキシメチルセルロース(CMC,置換度0.91)とアミノ基を持つカルボキシメチルキトサン(CMCts,置換度0.91・脱アセチル化度84%)をCMC/CMCts=100/0, 75/25, 50/50, 25/75, 0/100の比率でブレンドし、30wt%混合水溶液を調整した。ペースト状態の試料に$$gamma$$線を所定線量照射することでCMC/CMCtsブレンドゲルを合成した。ゲル分率は、照射線量が20-30kGyの間で急激に増加し、100kGyで約60%に達した。サンプルの元素分析から、ゲル中のCMCとCMCtsの組成比は、照射前のブレンド比と同じことを明らかにした。ゲルに対する金と鉛イオンの吸着率は、CMCのみから成るゲルが最も低く、CMCtsの比率が増加するに伴い増加することがわかった。金イオンの場合、CMC/CMCts(100/0)ゲルでわずか10%であった吸着率が、CMC/CMCts(75/25)ゲルになると約60%に達し、その後CMCtsの割合の増加に伴い徐々に増加した。したがって、金の吸着には、カルボキシル基ではなくアミノ基が大きく寄与していることが明らかとなった。

口頭

低速陽電子ビームを用いたイオンビーム誘起量子構造の研究

前川 雅樹; 河裾 厚男; Tran, D. T.*

no journal, , 

高ドーズのヘリウムイオン照射によりシリコン中に形成する照射欠陥及び照射誘起構造を、陽電子消滅法により観察した。特に、現在でも十分に確認されていないヘリウムバブルへの陽電子捕獲についての考察を行った。50$$sim$$200keVでエネルギーを調節したヘリウムイオン照射(照射ドーズ量: 2$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^2$$、室温照射)したシリコン試料に対し、消滅$$gamma$$線のピーク強度(Sパラメータ)の熱焼鈍挙動を測定したところ、照射後にはSパラメータの上昇がみられた。300$$^{circ}$$Cの熱アニールではSパラメータが減少した。これはイオン照射損傷の発生と、ヘリウムで充填された原子空孔・集合体への変化を示唆している。さらに900$$^{circ}$$Cでの熱アニールにおいてSパラメータが急増した。これはヘリウム充填欠陥の粗大化・ヘリウム散逸によるマイクロボイド形成を示唆している。$$gamma$$線エネルギー分布測定と第一原理計算によるバブル構造モデルとの比較により、陽電子は1nm程度のサイズの欠陥クラスターに36個のヘリウムが充填された、ヘリウムバブルと思われる欠陥構造で消滅していると推測される。

口頭

System size and shear flow effects on ITG turbulence

McMillan, B. F.*; Jolliet, S.; Tran, T. M.*; Bottino, A.*; Lapillonne, X.*; Villard, L.*

no journal, , 

In this work, the role of system size (rhostar scaling) and shear flow levels on ion temperature gradient (ITG) turbulence in gyrokinetic simulations is explored using the ORB5 code. Firstly, the scaling of heat flux level versus system size in plasmas with zero initial flow shear is reexamined. Secondly, the effect of poloidal shear flow on ITG turbulence is examined. Even at flow levels many times smaller than the supression threshold, nonlinear turbulence is only seen in the simulation if the initial perturbation is large: the system manifests subcritical turbulence. Inward or outward propagating avalanches and inward and outward shifted diffusivity profiles are seen according to the sign of the flow shear. In cases with strong flow shear almost all the flux is associated with avalanches, which propagate across the entire region with strong pressure gradient.

口頭

小角X線及び中性子散乱法によるETFE基材グラフト電解質膜の構造解析

Tran, D. T.; 澤田 真一; 長谷川 伸; Putra, A.; 山口 大輔; 大場 洋次郎*; 小泉 智; 大沼 正人*; 前川 康成; 勝村 庸介*

no journal, , 

放射線グラフト法によって燃料電池用の高性能電解質膜を開発するには、グラフト電解質膜の構造を詳細に理解することが必要不可欠である。そこで本研究では、小角X線及び中性子散乱法により、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)を基材とするグラフト電解質膜の構造解析を行った。基材ETFE膜では、相関長23nmの位置に結晶ラメラの間隔に起因するピークが見られた。スチレングラフト膜(グラフト率34%)と電解質膜(イオン交換容量2.0meq/g)では、それぞれ30, 33nmの位置にピークが観察された。この結果は、ラメラ内の非晶相領域にグラフト鎖が導入され、ラメラ間隔を広げたと解釈できる。

口頭

Analysis of hierarchical structure of ETFE-based graft-type polymer electrolyte membranes by small angle X-ray scattering

Tran, D. T.; 澤田 真一; 長谷川 伸; 大場 洋次郎*; 大沼 正人*; 勝村 庸介*; 前川 康成

no journal, , 

高導電性や高耐久性を有する放射線グラフト電解質膜を開発するには、既存のグラフト電解質膜の詳細な構造を理解する必要がある。そこで本研究では、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)を基材とするグラフト電解質膜の階層構造を小角X線散乱(SAXS)法によって解析した。基材ETFE膜のSAXSプロファイルでは、相関長d=23nmの位置に結晶ラメラに起因するピークが見られた。一方、スチレングラフト膜や電解質膜では、結晶ラメラの間隔が増大したことから、ラメラ内の非晶相にグラフト相が導入されたと考えられる。またグラフト膜と電解質膜では、相関長0.9, 1.5nmの位置にも新しいピークが観察された。これらのピークは、それぞれスチレン及びスチレンスルホン酸ユニット同士の間隔に起因すると予想される。

口頭

Hierarchical structure / property analysis of ETFE-based graft-type polymer electrolyte membranes

Tran, D. T.; 澤田 真一; 長谷川 伸; 吉村 公男; 大場 洋次郎*; 大沼 正人*; 勝村 庸介*; 前川 康成

no journal, , 

固体高分子燃料電池電解質膜の膜特性向上を図るためには、電解質膜の構造に関する基礎的知見が必要不可欠である。そこで本研究では、小角X線散乱(SANS)測定や原子間力顕微鏡(AFM)観察などにより、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)を基材とするグラフト型電解質膜のナノスケールからメソスケールにわたる階層構造を調べた。SAXS測定では、相関長d=36.1nm及び1.48nmの位置にピークが現れ、これらはそれぞれETFE結晶ラメラの間隔とスルホン酸基間の距離に相当すると考えられる。AFM観察では、ETFE主鎖からなる疎水性領域とポリスチレンスルホン酸グラフト鎖からなる親水性領域が明確に相分離することが明らかとなった。

口頭

単一欠陥をプローブにしたダイヤモンド結晶の共焦点蛍光顕微鏡評価

小野田 忍; 阿部 浩之; 山本 卓; 大島 武; 谷口 尚*; 寺地 徳之*; Siyushev, P.*; Tran, T. H.*; Yang, S.*; Fedder, H.*; et al.

no journal, , 

ダイヤモンド中の欠陥の一つであるNV(窒素-空孔)センターは、炭素を置換した窒素と隣接位置の空孔とのペアーであり、量子ビットや磁気センサーとしての応用が期待されている。NVセンターは、電子基底状態と励起状態が三重項状態となっている。縮退している励起準位は、低温(4K)になると二つに分裂することが知られている。それぞれの準位はそれぞれが三重項状態となっているため、6つの準位を持つ。励起準位の分裂の程度は、歪みが大きくなると大きくなり、1GPaの外部圧力によって10THzの分裂が起こる。逆にいえば、励起状態の各エネルギー差を測定することで、NVセンターを取り巻く歪みの大きさを検出することが可能となる。NVセンターは光吸収係数・蛍光量子効率が高く、単一のNVセンターでさえ検出が可能という特徴があることから、本研究では、個々のNVセンターが存在する場所の歪みを、高感度かつ高空間分解能で引き出すことに取り組んだ。その結果、他の方法では得られない感度,空間分解能で、残留歪みの大きさと分布、不純物分布を得ることに成功した。

口頭

Hierarchical structure analysis of poly(ethylene-co-tetraflouroethylene)-based graft-type polymer electrolyte membranes by small angle X-ray scattering

Tran, D. T.; 澤田 真一; 長谷川 伸; 吉村 公男; 大場 洋次郎*; 大沼 正人*; 勝村 庸介*; 前川 康成

no journal, , 

燃料電池用高分子電解質膜の発電性能、耐熱性、機械特性の向上には、そのナノ-マイクロメートルに及ぶ階層構造を明らかにすることで、電解質特性を支配する構造を明確にすることが重要である。そこで、放射線グラフト重合法を利用して作製したグラフト型電解質膜の中で、導電率,機械特性や発電性能に優れたエチレン-テトラエチレン共重合体にポリスチレンスルホン酸をグラフトしたプロトン伝導膜について、X線小角散乱(SANS)測定によりその階層構造を詳細に調べた。物質材料研究機構所有の2台のSAXS装置とSPring-8の超小角散乱装置を使用し0.5nm-1.6$$mu$$m範囲の構造解析を実施した結果、相関長1.5nmのイオンチャンネル内構造、29nmのラメラ構造を反映したイオンチャンネル構造、及び390nmのイオンチャンネルのドメイン構造の3つの異なる階層構造を初めて明らかにした。今後、各階層構造のグラフト率依存性などを詳細に検討することで、電解質膜特性を支配する構造を明らかにしていく予定である。

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