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【24h】

赤外ソーレー強制レイリー散乱法による燃料電池用電解質膜内メタノール水溶液の拡散係数測定法の研究－波長可変赤外レーザーによる測定装置の開発

机译：红外Soray强制瑞利散射法测量燃料电池电解质膜中甲醇水溶液扩散系数的方法研究-波长可变红外激光测量装置的研制

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近年，直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)は小型電子機器用等の次世代電源として注目されている．しかし重要な課題の1つとして，燃料であるメタノールが電解質膜内を透過する現象（メタノールクロスオーバー）が挙げられる．この現象はDMFCの発電効率や出力の低下を引き起こすため，メタノールクロスオーバーの少ない新しい電解質膜の研究，開発及び性能評価が行われている．電解質膜内のメタノールの透過量を評価する物性値の1つとして，相互拡散係数D_(12)が挙げられる．従って，膜内メタノール水溶液の相互拡散係数測定手法の開発は，膜の性能評価する際に有用である．そこで本研究では，この相互拡散係数を非接触かつ短時間で光学的に測定する手法である赤外ソーレー強制レイリー散乱法(Infrared Soret forced Rayleigh scattering method: IR-SFRS)を，電解質膜内メタノール水溶液に応用することを目的に装置の開発，改良を行ってきた[1,2]．これまで，試料セルにおいて励起光と観察光両方を透過し酸と反応しないダイヤモンド窓を導入し[1]，また窓材や試料から生じる1次回折光にコヒーレントな散乱光の影響を抑え，正しく相互拡散係数を測定する手法として光学位相変調器を用いたヘテロダイン検知を提案してきた[2]．本測定法とは異なる測定手法としてFTIR-ATR[3]やVoltammetric method[4]が挙げられるが，IR-SFRSとは異なり，一度測定を行うのに時間を要し，測定時に膜が膨張するなどの構造変化が生じるなど，相互拡散係数の測定方法としては問題がある．今回，従来よりもさらに効果的に膜内メタノール水溶液の拡散を検出する為に，膜内メタノール水溶液を選択的に加熱可能な波長帯域を有する加熱用CO_2レーザーを導入し，新たに装置構築し，その効果を検証した．
机译：近年来，直接甲醇燃料电池（DMFC）作为小型电子设备的下一代电源已引起关注。然而，重要的问题之一是作为燃料的甲醇渗透通过电解质膜的现象（甲醇穿透）。由于这种现象导致DMFC的发电效率和输出降低，因此正在进行具有较少甲醇穿越的新型电解质膜的研究，开发和性能评估。相互扩散系数D_（12）是用于评估电解质膜中甲醇渗透量的物理性质值之一。因此，开发用于测量膜中甲醇水溶液的相互扩散系数的方法对于评估膜的性能是有用的。因此，在本研究中，将红外线Soret强制瑞利散射法（IR-SFRS）作为用于在电解质膜中的甲醇的水溶液，该方法是在短时间内不接触地光学测量该相互扩散系数的方法。我们已经开发并改进了该设备，以将其应用于[1,2]。到目前为止，我们已经推出了一种金刚石窗口，该窗口既可以透射样品池中的激发光也可以透射观察光，并且不与酸发生反应[1]，并且可以抑制相干散射光对窗口材料和样品所产生的初级衍射光的影响，并且可以正确地相互已经提出了使用光学相位调制器的外差检测作为测量扩散系数的方法[2]。作为与该测定方法不同的测定方法，可以举出FTIR-ATR [3]和伏安法[4]，但是与IR-SFRS不同，进行一次测定需要时间，并且在测定中膜会膨胀。作为测量诸如结构变化之类的相互扩散系数的方法存在问题。这次，为了比以前更有效地检测膜内甲醇溶液的扩散，我们引入了具有可选择性加热膜内甲醇溶液的波段的加热CO_2激光器，并构造了一种新装置。效果已得到验证。

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