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田中 伸幸; 澤田 真一*; 杉本 千紘; 八巻 徹也*
no journal, ,
熱化学水素製造法ISプロセスでは、HI-I
-HO(HIx)溶液のHI濃縮のため、カチオン交換膜を用いた電解電気透析法(EED)が適用されている。本報では、HI濃縮性能の改善を目的として、イオン飛跡グラフト法により作成したカチオン交換膜を導入することに対する適応性について検討を行った。イオン飛跡グラフト法は、基材高分子にイオンビーム照射を行うことで、1次元円柱状のイオンチャネルを生成することができ、HI濃縮の性能向上に効果があると期待される膜の膨潤を抑制する構造を付与することができる。本法で試作したカチオン交換膜を用いて、HI濃縮試験を試み、HIの濃縮が進行することを実験的に確認した。発表では、これに加えて、HI濃縮の性能指標(セル電圧,H
輸率)に基づいたイオン飛跡グラフト法の適応性評価を行った結果を示す。
都留 智仁; 清水 一行*; 山口 正剛; 板倉 充洋; 海老原 健一; Bendo, A.*; 松田 健二*; 戸田 裕之*
no journal, ,
鉄やチタンと異なりアルミニウムは熱処理で他の相を持たないため、高強度アルミニウム合金の生成に析出物による時効強化が唯一の方法として用いられてきた。そのため、高濃度に分布した析出物は機械特性や水素脆化に重要な役割を果たす。これまで、7000番のアルミニウム合金における析出物とマトリクス界面は整合であるため、水素によるデコヒージョンの要因になると考えられていなかった。本研究では、実験と理論、および第一原理計算を連携することで、欠陥にトラップされる水素分配を理論的に予測することに成功した。さらに、アルミニウム合金で観察される擬へき開破壊のメカニズムについて、析出物界面にトラップされた水素は占有率が上昇しても安定にトラップし続け、自発的に破壊することがその要因であることを明らかにした。
Lobzenko, I.; 都留 智仁
no journal, ,
As for any materials, phase stability studies comprise an important part of the high entropy alloys (HEA) theory. It is recognized that the first generation HEAs exhibit single-phase structures, while alloys of the second generation might possess complicated multi-phase structure. Nowadays, achievements of software and hardware progress allow modeling of such complicated materials as HEAs from first-principles. In particular, the theoretical method of Exact Muffin-Tin Orbitals (EMTO) directly accounts for the random distribution of atomic spices in the structure. It is built on the basis of the density functional theory, and therefore demonstrates high accuracy, which is crucial for modeling of industrially important materials. The objective of the present work is studying of base center cubic (BCC) to omega (
) phase transition in the ZrNbTaTiHf alloy. The omega phase is formed if in the BCC elementary rectangular cell oriented in [1,1,1] direction, four out of six basis atoms are displaced along [1,1,1] direction. The two atomic percentage compositions of that alloy are set according to equi-atomic and equi-weight structures. It is known that at T = 0 K the phase is more stable than BCC phase for single Zr metal. However, additional atomic spices are able to make BCC phase more stable. From our results, achieved using the EMTO method, it is seen that Zr(1-x)Nb(x) alloy is more stable in BCC phase starting from x = 20% of atomic concentration of Nb. The equi-weigh ZrNbTaTiHf high-entropy alloy has nearly 20% of atomic concentration of Nb, so energies of BCC and phases are expected to have close energies, which means that in real experiments a multi-phase composition may be observed.
irradiated with swift heavy ions at grazing incidence石川 法人; 藤村 由希; 近藤 啓悦; Szabo, G. L.*; Wilhelm, R. A.*; 小河 浩晃
no journal, ,
SrTiO等のセラミックスに対して高速重イオンを微小入射角で照射すると、ヒロックチェーン(イオンの飛跡に沿って、複数個並んで形成されるナノヒロック)が表面付近に形成されることが知られている。我々は、ヒロックチェーンの形態・性状をAFM(原子間力顕微鏡)とSEM(走査型電子顕微鏡)を利用して、詳細に調べた。その際に、全く同じヒロックチェーンを、AFMとSEMのそれぞれで観察することに成功した。AFMの観察データは、先行研究の示す通りに、ヒロックチェーンが形成されていることを示している一方で、SEMの観察データは(同じヒロックチェーンを観察しているにもかかわらず)ヒロックチェーンをつなぐ黒い線状コントラストも現れることが判明した。新しいSEMデータをもとに、ヒロックチェーンの形成メカニズムについて推論する。
Thomsen, B.; 志賀 基之
no journal, ,
In a recently published paper we explore the NQEs on the autoionization constant (pK
) of water. We do this by using coordination number restrained path integral molecular dynamics (PIMD), which allows for molecular dynamics (MD) including NQEs in an ab-initio fashion. We employ two different methods for calculating the pK of water using the calculated free energy curve of proton dissociation from a water molecule. The first is a two- state model which enables the calculation of the quantitative pK of water. The second, based on the work of M. Sprik, presents a method for calculate the pK of the water isotopologs relative to that of water. The electronic potential is in our calculations described by an empirical force field (OSS2), the semi-empirical Density Functional based Tight Binding (DFTB), and ab-initio density functional theory (DFT). Our ongoing research focuses on the NQEs in water at standard, sub critical, and super critical conditions. This builds on a previous study, which found that at room temperature the NQEs in the hydrogen bonds enabled a population of hydrogen in the predissociation region of the O-H radial distribution function (RDF). The current calculations of the O-H RDF using PIMD shown in Figure 1 display an excellent agreement with experimental data as well as highlighting the density only present in the simulations including the NQEs. Our initial results indicate that the NQEs remain the sole source of predissociative density in the O-H RDF even at sub and super critical conditions, underlining the necessity of modelling NQEs in a calculation targeting the quantitative value of waters pK. The size of the NQEs does also vary according to temperature, which may explain the part of the strong temperature/pressure dependence of the pK of water.
山口 正剛; 都留 智仁; 海老原 健一; 板倉 充洋
no journal, ,
アルミニウム中の析出物や晶出物とアルミニウム母相との界面は、格子のミスマッチにより非整合界面となる場合が多い。第一原理計算では小さな周期境界セル原子モデルしか扱えないので、一般的には非整合界面は計算できないとされる。しかしながら、最近では計算機の発達により1000原子程度まで扱えるようになったことと、水素トラップエネルギー計算に関しては水素原子の周囲で100個程度の金属原子を扱えば十分な精度で計算可能であることから、非整合界面における水素トラップエネルギーの計算が可能になってきたと考えられる。本研究では、MgZn
析出物やMgSi粒子とアルミニウム母相との非整合界面における水素トラップエネルギーを、第一原理から計算した。
SR as a potential tool for depth-resolved detection of oxygen vacancies in perovskite oxides伊藤 孝; 髭本 亘; 幸田 章宏*; 下村 浩一郎*
no journal, ,
Oxygen vacancy (V
) is a major defect species in perovskite oxides, having a strong impact on their electrical, optical, and dielectric properties. In spite of its importance, experimental techniques that can directly detect V are still limited. Through a series of SR measurements on oxygen-deficient SrTiO, we revealed that there is a clear positive correlation between the muon spin relaxation rate and the carrier concentration, which is expected to be roughly proportional to the V donor concentration. This, together with the variability of muon implantation depth, suggests that SR spectroscopy is potentially suitable for depth-resolved analysis of V distribution in perovskite oxides, which is complementary to cation vacancy-sensitive techniques, such as positron annihilation spectroscopy.
伊藤 華苗; 山田 武*; 篠原 朗大*; 高田 慎一; 川北 至信
no journal, ,
The catalyst layer (CL) in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) plays a critical role in the performance of a PEFC. In this study, we investigate the water dynamics in the CL using quasielastic neutron scattering (QENS) and small-angle neutron scattering. The temperature dependence of the mean square displacement 
u
shows that the freezing of water does not occur at a melting temperature in the Nafion thin film of the CL, suggesting that the water is confined in a smaller region than 
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. The QENS measurements established three kinds of water in the CL: immobile water tightly connected to a sulfonic group, water in a fast mode assigned to free diffusion restricted in a sphere, and water in a slow mode described by a jump diffusion model. Assuming that these three modes were independent, the number of water molecules in each mode was estimated. On discussing the structure and dynamics elucidated in the study, we finally conclude that the coupled model of the fast and slow modes is plausible for describing the diffusion of water confined in the thin Nafion film of the CL.