中性in-situの中性子小/広角散乱法によるFC用電解質膜のクラスター構造解析
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概要
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Proton conductivity of Nafion<SUP>®</SUP> membrane is varied by humidity and it has been thought to be affected by the cluster structure of the membrane. We applied Small-Angle Scattering technique under humidity-controlled atmosphere with X-ray (SAXS) and neutron (SANS) to clarify the relationship between the cluster structure and molecular structure in two types of Nafion<SUP>®</SUP> membrane, N115 and NE151F, which have different equivalent weight (EW). The proton conductivity of N115 is higher than that of NE151F. By these two measurements, three different sized periodic structures were observed in the Nafion<SUP>®</SUP> membrane. Contrast variation method (D/H=60/40, 75/25, 80/20, 90/10) was also applied in SANS experiments and it was suggested that two of three peaks are originated from two different sizes of water clusters. A distinguishing peak at q=0.2 [Å<SUP>-1</SUP>], which shifts to lower q region by humidity increase, was reproduced by a simulation of Dissipative Particle Dynamics (DPD): the shifts of the peak was interpreted as the swelling of cluster structure. The size of the cluster calculated from the peak position is positively correlated with the proton conductivity. Finally, The effect of EW on the proton conductivity of Nafion<SUP>®</SUP> membrane was briefly discussed from the point of its cluster structure.
- 日本中性子科学会の論文
著者
-
杉山 正明
京都大学原子炉実験所
-
大友 季哉
高エネルギー加速器研究機構
-
福永 俊晴
京都大学原子炉実験所
-
菅野 了次
東京工業大学大学院総合理工学研究科
-
神山 崇
高エネルギー加速器研究機構
-
中野 智弘
トヨタ自動車 (株)
-
金子 美智代
トヨタ自動車 (株)
-
山本 智
(株) 豊田中央研究所
-
兵頭 志明
(株) 豊田中央研究所
-
菅野 了次
東京工業大学
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