(57)【要約】【課題】プロトン伝導性酸化物をインピーダンスアナライザーを用いた伝導度測定をしなくても、予めプロトン伝導性酸化物が高い伝導度を有するかどうかを簡便に判別する方法を提供する。【解決手段】  プロトン伝導性酸化物の伝導度出力装置１００は、光源１０２と、光の強度を検出する検出器１０４と、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力する出力部１０５とを備える。プロトン伝導性酸化物の伝導度伝導度出力装置１００により、プロトン伝導性酸化物１０１表面の光学特性を計測することでプロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度性が高いか低いかを判定する。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物と、
前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物に向かって光を出力する光源と、
前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物からの反射光強度を検出する検出器と、
前記検出器で検出された光の強度に基づいて、前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度に関する情報を出力する出力部とから構成されていることを特徴とする、ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項２】
前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物は、
ＡＢ1-XＢ‘XＯ3-δで表されるペロブスカイト型結晶構造を有する金属酸化物であって、
ＡはＢａ、Ｓｒ及びＣａから選ばれる少なくとも一つの元素であり、
ＢはＺｒであり、
Ｂ‘はＹであり、
Ｘは０＜Ｘ≦０．２を満たすことを特徴とする請求項１に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項３】
前記光源は、３００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の一部もしくは全ての波長範囲を出力することを特徴とする請求項２に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項４】
前記検出器は、３００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の一部もしくは全ての波長範囲を検出することを特徴とする請求項３に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項５】
前記出力部は、
前記検出部で検出された光の強度が第１の閾値以上の場合に、前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物が高いプロトン伝導性を有すると判定し、
前記検出部で検出された光の強度が第１の閾値より小さい場合に、前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物が低いプロトン伝導性を有すると判定することを特徴とする請求項４に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項６】
前記第１の閾値は、
前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物からの反射光の反射率が、
波長４００ｎｍ以上４５０ｎｍ未満において、４０％以上であり、
波長４５０ｎｍ以上７５０ｎｍ未満において、５０％以上であることを特徴とする請求項６に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項７】
前記出力部は、
前記検出部で検出された複数の波長における光の強度が第２の閾値以下の場合に、前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物が高いプロトン伝導性を有すると判定し、
前記検出部で検出された光の強度が第２の閾値より大きい場合に、前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物が低いプロトン伝導性を有すると判定することを特徴とする請求項５に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項８】
前記第２の閾値は、
５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長における光の強度の変化率が１ｎｍ当たり０．０１以下であることを特徴とする請求項７に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項９】
前記出力部は、
前記検出部で検出された前記光の強度が前記第１の閾値より低いと判定された場合、
前記第１の閾値を第３の閾値に変更し、
５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の複数の波長における前記光の強度を算出し、
前記光の強度が第３の閾値以上の場合に、前記プロトン伝導性酸化物は高いプロトン伝導性であると判定し、
前記光の強度が第３の閾値より低い場合に、前記プロトン伝導性酸化物は低いプロトン伝導性であると判定することを特徴とする請求項５に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項１０】
前記第３の閾値は、
５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長における光の強度の変化率が１ｎｍ当たり０．０１以下であることを特徴とする請求項１１に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項１１】
ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物と、
前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物に向かって光を出力する光源と、
前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物からの反射光強度を検出する検出器と、
前記検出器で検出された光の強度に基づいて、前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物表面の色を表色系に算出し、前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度に関する情報を出力する出力部と、
ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物表面の色を表色系で記憶する記憶部とから構成されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項１２】
前記記憶部は、前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物の色を表色系で記憶し、
前記表色系は、Ｌ*ａ*ｂ*表色系、Ｌ*Ｃ*ｈ表色系、ハンターＬａｂ表色系、ＸＹＺ（Ｙｘｙ）表色系であることを特徴とする請求項１１に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定装置。
【請求項１３】
ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導性を判定する判定方法であって、
前記プロトン伝導性酸化物から反射された光の強度を検出し、
前記光の強度が第１の閾値以上の場合に、前記プロトン伝導性酸化物は高いプロトン伝導性であると判定し、
前記光の強度が第１の閾値より低い場合に、前記プロトン伝導性酸化物は低いプロトン伝導性であると判定する、ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定方法。
【請求項１４】
前期光は、３００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下の波長を有することを特徴とする請求項１３に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定方法。
【請求項１５】
ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導性を判定する判定方法であって、
前記プロトン伝導性酸化物から反射された光の強度を検出し、
前記光の強度が前記第１の閾値より低いと判定された場合、
４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の複数の波長における前記光の強度を検出し、
前記光の強度が第２の閾値以上の場合に、前記プロトン伝導性酸化物は高いプロトン伝導性であると判定し、
前記光の強度が第２の閾値より低い場合に、前記プロトン伝導性酸化物は低いプロトン伝導性であると判定する、請求項１３に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定方法。
【請求項１６】
前記第２の閾値は、
５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長における光の強度の変化率が１ｎｍ当たり０．０１以下であることを特徴とする請求項１５に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定方法。
【請求項１７】
ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導性を判定する判定方法であって、
前記プロトン伝導性酸化物から反射された光の強度を検出し、
前記光の強度が前記第１の閾値より低いと判定された場合、
前記第１の閾値を第３の閾値に変更し、
５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の複数の波長における前記光の強度を算出し、
前記光の強度が第３の閾値以上の場合に、前記プロトン伝導性酸化物は高いプロトン伝導性であると判定し、
前記光の強度が第３の閾値より低い場合に、前記プロトン伝導性酸化物は低いプロトン伝導性であると判定する、請求項１３に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定方法。
【請求項１８】
前記第３の閾値は、
５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長における光の強度の変化率が１ｎｍ当たり０．０１以下であることを特徴とする請求項１７に記載のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度の判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物の伝導度の判定装置及びその判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１に示されるように、組成式ＢａＺｒ1-XＹXＯ3-δで表されるペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物が数多く報告されている。
【０００３】
ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物は、組成式ＡＬＯ3（式中、Ａは、アルカリ土類金属を表し、Ｌは、セリウム、チタン、ジルコニウム等の４価元素を表す。）で表され、特に、４価元素Ｌの一部を３価元素のＭ（Ｍは、イットリウム等の３価元素）で置換した酸化物は、数百度の高温で優れたプロトン導電性を示す。こうしたペロブスカイト型プロトン伝導性は酸素欠損を有しており、酸素欠損に水分子（Ｈ2Ｏ）が導入されることで、ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物内にプロトンのキャリアが導入され、酸化物内の酸素原子の周囲をホッピング伝導することで、プロトン伝導性が発現すると考えられている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｉｏｎｉｃｓ，１４５（２００１）  ３１９〜３２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物は、水素センサーや燃料電池における電解質等として動作するデバイスであるが、動作中にプロトン伝導性酸化物の性能が劣化することがある。これは、プロトン伝導性酸化物が動作温度数百℃以上で保持され、酸素を含む気体に曝される状態で動作しているため、プロトン伝導性酸化物の酸化が進み、プロトン伝導性の低下が起こるためである。
【０００６】
プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導性が低下したかどうかを確認するためには、インピーダンスアナライザーといった特殊な計測装置を使用してプロトン伝導性を測定する必要があり、特殊な評価方法を用いなければ、プロトン伝導性の性能の判断が困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従来の課題を解決するために、本発明のプロトン伝導性酸化物の伝導度の判定装置は、
ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物と、
前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物に向かって光を出力する光源と、
前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物からの反射光強度を検出する検出器と、
前記検出器で検出された光の強度に基づいて、前記ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度に関する情報を出力する出力部とから構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のプロトン伝導性酸化物の伝導度の判定装置によれば、ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物をインピーダンスアナライザー等の特殊な計測装置を用いなくても、プロトン伝導性酸化物表面の光学特性を計測するだけで、プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導性が高いか低いかを簡便に判断できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るプロトン伝導性酸化物の伝導度の判定装置の構成を示す図。
【図２】実施の形態１の変形例に係るプロトン伝導性酸化物の伝導度の判定装置の構成を示す図。
【図３】実施の形態２に係るプロトン伝導性酸化物の伝導度の判定装置の構成を示す図。
【図４】プロトン伝導性酸化物の反射光強度の波長依存性を示す図。
【図５】実施の形態３に係るプロトン伝導性酸化物の伝導度の判定装置の構成を示す図。
【図６】プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導性を計測する際の一構成例を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者らは、可視光の波長範囲の光を用いて、所定のペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導性を判定できることを見出した。
【００１１】
（実施の形態１）
図１に、伝導度出力装置１００の模式図を示す。図１に示す伝導度出力装置１００は、光源１０２と、光の強度を検出する検出器１０４と、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力する出力部１０５とを備える。以下、各構成要素を具体的に説明する。
【００１２】
（光源１０２）
光源１０２は、第１の波長範囲を有する光を出力する。第１の波長範囲は、可視光の波長範囲を意味する。第１の波長範囲の具体例は、３００ｎｍ以上８５０ｎｍ以下である。望ましい第１波長範囲の例は、４００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下である。これは、プロトン伝導性酸化物１０１表面の色を後に述べる表色系で表すために、可視光領域の波長の光強度が必要なためである。
【００１３】
光源１０２の具体的な例は、白色ＬＥＤ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、白熱電球、または蛍光ランプである。蛍光ランプの具体例は、測色用標準イルミナントＤ６５、測色用補助イルミナントＣ、測色用標準イルミナントＡ、または白色蛍光ランプＦ６である。
【００１４】
光源１０２は、後述するプロトン伝導性酸化物１０２に向かって、光１０３を出力する。
【００１５】
望ましくは、光源１０２は、プロトン伝導性酸化物１０１に向かって、平行光を出力する。例えば、光源１０２とプロトン伝導性酸化物１０１との間に、コリメートレンズが配置される。コリメートレンズの例は、凸レンズ又はフレネルレンズである。コリメートレンズの焦点位置に、光源１０２が配置されることにより、プロトン伝導性酸化物１０１に向かって、平行光が出力される。出力された平行光は、後述する検出器１０４のレンズによって集光することが可能であるため、検出感度の向上が期待できる。  なお、光源１０２及びコリメートレンズは、一体として形成されていても良い。
【００１６】
（検出器１０４）
検出器１０４は、プロトン伝導性酸化物１０１で反射した光１０３の強度を検出する。具体的には、検出器１０４は、プロトン伝導性酸化物１０１で反射した光を受け付け、受け付けられた光１０３の強度を検出する。
【００１７】
例えば、検出器１０４は、第１の波長範囲に含まれる所定の波長における光１０３の強度を検出する。所定の波長の例は、３５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長範囲における所定の波長である。より望ましい、所定の波長の例は、５３０ｎｍである。
【００１８】
所定の波長を含む第２の波長範囲の光の強度が検出されても良い。第２の波長範囲の例は、（所定の波長）−２０ｎｍ以上、（所定の波長）＋２０ｎｍ以下である。例えば、所定の波長が５３０ｎｍの場合、検出器１０４は、５２０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の波長範囲の光の強度を検出する。
【００１９】
検出器１０４は、可視光の全ての波長範囲の光を受け付けることができることが望ましい。しかし、少なくとも所定の波長、又は第２の波長範囲の波長を有する光を検出できる検出器１０４であれば良い。
【００２０】
検出器１０４の例は、半導体検出器である。検出器１０４のより具体的な例は、シリコンフォトダイオードである。
【００２１】
また、検出器１０４は光源１０２と同様のレンズを有することが望ましい。これにより、検出器１０４はプロトン伝導性酸化物１０１で反射した光１０３を集光して検出できる。
【００２２】
（出力部１０５）
出力部１０５は、検出された光１０３の強度に基づいて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度に関する情報を出力する。
【００２３】
例えば、出力部１０５は、検出された光１０３の強度が第１の閾値以上の場合に、高いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると判別する。また、出力部１０５は、検出された光１０３の強度が第１の閾値より小さい場合に、低いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。
【００２４】
第１の閾値は、光の強度を意味する。光の強度は、相対値でも良いし、絶対値でも良い。第１の閾値の例は、光源１０２から出力した光の強度に対して５３０ｎｍの波長において出力される強度が５０％である。
【００２５】
出力部１０５は、第１の閾値を含む所定の基準を記憶している記憶部１０６を有していても良い。また、出力部１０５は、外部の記憶部から第１の閾値を含む所定の基準を取得しても良い。
【００２６】
また、所定の基準は、光の強度とプロトン伝導度とが対応付けられた規則であっても良い。光の強度とプロトン伝導度とが対応付けられた規則の例は、光の強度とプロトン伝導度との関係式、または光の強度とプロトン伝導度とが対応付けられた表である。
【００２７】
出力部１０５は、光の強度とプロトン伝導度とが対応付けられた規則を参照して、検出された光の強度と対応付けられたプロトン伝導度を出力する。
【００２８】
また、第１の閾値に対応する光の強度は、光の波長毎に異なる値であっても良い。例えば、出力部１０５が有する記憶部は、光の波長と対応付けて光の強度を記憶しても良い。表１に、光の波長と対応付けて光の強度を含む所定の基準の例を示す。
【００２９】
【表１】
2017223479.tif 000003
【００３０】
出力部１０５は、検出器１０４が検出した光の波長と対応する第１の閾値を用いて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力しても良い。出力部１０５は外部の記憶部から検出器１０４が検出した光の波長と対応する第１の閾値を取得し、取得した第１の閾値を用いて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力しても良い。
【００３１】
また、出力部１０５が、検出された光の強度が所定の範囲に含まれているか否かに基づいて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力しても良い。所定の範囲の下限は、第１の閾値に相当する。
【００３２】
例えば、出力部１０５は、検出された光１０３の強度が所定の範囲に含まれている場合に、高いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。また、出力部１０５は、検出された光１０３の強度が所定の範囲に含まれていない場合に、低いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。
【００３３】
（プロトン伝導性酸化物１０１）
プロトン伝導性酸化物１０１は、化学式ＡＢＯにより表されるペロブスカイト構造を有する結晶構造で構成されており、例えば、ＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δやＳｒＺｒ0.8Ｙ0.2Ｏ3-δ、CaＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δ等がある。
【００３４】
なお、光源１０２と検出器１０４は、プロトン伝導性酸化物１０１表面に対して任意の角度で配置され得る。プロトン伝導性酸化物１０１の表面の法線に対して４５±５°の角度から光源１０２が光１０３を出力し、プロトン伝導性酸化物１０１の表面の線方向（０°±５°）で検出器１０４が光１０３を受け付けることが望ましい。
【００３５】
伝導度出力装置１００は、全周囲が壁面により囲まれた筐体を有することが望ましい。壁面は、光の進入を遮り得ることが可能な材料で構成される。壁面の材料の例は、ステンレス等の金属筐体である。プロトン伝導性酸化物１０１、光源１０２、および検出器１０４は、筐体の内部に配置される。
【００３６】
光源１０２、および検出器１０４は、筐体の外部にも配置され得る。光源１０２、および検出器１０４が筐体の外部に配置される場合には、壁面に入力開口および出力開口が形成される。入力開口、または出力開口は、可視光の波長帯を有する光に対して高い透過率を有する材料でも構成され得る。入力開口及び出力開口の材料の具体例は、合成石英、又はバリウム硼珪酸ガラスである。
【００３７】
光源１０２は、入力開口を介して、筐体の内部に向かって、光１０３を出力する。検出器１０４は、出力開口を介して、筐体の内部より出力される光１０３を受け付ける。なお、伝導度出力装置１００は、光源１０２を備えなくても、壁面に入力開口に形成されていることにより、外部からの光が入力され得る。その結果、伝導度出力装置１００は、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を判別し得る。
【００３８】
以下、伝導度出力装置１００がプロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導性を判別する方法を説明する。
【００３９】
（Ｓ１０１）
光源１０２から、プロトン伝導性酸化物１０１に向かって、可視光の波長範囲を有する光１０３が出力される。
【００４０】
（Ｓ１０２）
検出器１０４は、プロトン伝導性酸化物１０１で反射された光１０３を受け付け、受け付けた光１０３の強度を検出する。
【００４１】
（Ｓ１０３）
出力部１０５は、検出部１０４で検出した光の強度に基づいて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を判別する。
【００４２】
例えば、出力部１０５は、検出された光の強度が、記憶部１０６に記憶されている所定の基準に含まれる第１の閾値以上の場合に、高いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。また、出力部１０５は、検出された光の強度が第１の閾値より小さい場合に、低いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。
【００４３】
（実施の形態１の変形例１）
図２に、変形例１に係る伝導度出力装置１１０を示す。図２に示す変形例１に係る伝導度出力装置１１０は、光源１０２と、光の強度を検出する検出器１０４と、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力する出力部１０５と、記憶部１０６とを備える。
【００４４】
光の強度と、プロトン伝導性酸化物の色を表す表色系とを用いて、プロトン伝導性酸化物１０１の色を算出する。算出した色に基づいて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導性を出力する。
【００４５】
記憶部１０６は、所定の基準として、プロトン伝導性酸化物の色を表す表色系を記憶する。
【００４６】
表色系は、プロトン伝導性酸化物１０１からの反射光と、光源１０２の分光分布と、人間の目に対応する分光感度とを掛け合わせることで算出することができる。表色系は、Ｌ*ａ*ｂ*表色系、Ｌ*Ｃ*ｈ表色系、ハンターＬａｂ表色系、ＸＹＺ（Ｙｘｙ）表色系等の数値や記号で色情報を表すことができる。
【００４７】
表２に、プロトン伝導性酸化物の色を表すＬ*ａ*ｂ*表色系の例を示す。
【００４８】
【表２】
2017223479.tif 000004
【００４９】
以下、伝導度出力装置１２０がプロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導性を判別する方法を説明する。
【００５０】
（Ｓ１１１）
光源１０２から、プロトン伝導性酸化物１０１に向かって、可視光の波長範囲を有する光１０３が出力される。
【００５１】
（Ｓ１１２）
検出器１０４は、プロトン伝導性酸化物１０１で反射された光を受け付け、受け付けた光１０３の強度を検出する。
【００５２】
（Ｓ１１３）
出力部１０５は、検出部１０４で検出した光の強度に基づいて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を判別する。
【００５３】
例えば、出力部１０５は、検出された光の強度から算出した表色系により、可視光領域全域での光の強度が高い場合、即ち、白色に近い色であると判別されると高いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。また、出力部１０５は、検出された光の強度が第１の閾値より小さい場合に、低いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。
【００５４】
（実施の形態２）
図３に、実施の形態２に係る伝導度出力装置３００の模式図を示す。検出器３０４、および出力部３０５が異なること以外は、装置１００と同じである。装置３００は、プロトン伝導性酸化物１０１の表面状態に係わらず、プロトン伝導度を出力できる。プロトン伝導性酸化物１０１の表面が鏡面研磨された状態や鏡面に近い平坦な状態である場合は実施の形態１で対応が可能である。一方、プロトン伝導性酸化物１０１の表面の凹凸が大きい場合は、プロトン伝導性酸化物１０１表面で反射した光１０３が任意の方向に乱反射して検出器３０４で受ける光の強度が小さくなり、第１の閾値での判断が困難である。
【００５５】
このため、検出器３０４は、複数の波長におけるプロトン伝導性酸化物１０１で反射された光１０３の強度を検出する必要がある。複数の波長の例は、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍである。
【００５６】
（出力部３０５）
出力部３０５は、複数の波長における光の強度に基づいて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力する。例えば、出力部３０５は、複数の波長において検出された光の強度が、第２の閾値以下の場合に、高いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。また、出力部３０５は、複数の波長における検出された光の強度より大きい場合に、低いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。
【００５７】
第２の閾値は、光の波長と対応付けられた光の強度を意味する。光の強度は、相対値でも良いし、絶対値でも良い。第２の閾値の例は、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において、線形近似で求めた光の強度の変化率が１ｎｍ当たり０．０１以下である。
【００５８】
出力部３０５は、第２の閾値を記憶している記憶部を有していても良い。また、出力部３０５は、外部の記憶部から第２の閾値を取得しても良い。
【００５９】
また、第２の閾値に対応する光の強度は、複数の波長毎に異なる値であっても良い。出力部３０５は外部の記憶部から検出器３０４が検出した光の波長と対応する第２の閾値に対応する光の強度を取得し、取得した第２の閾値を用いて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力しても良い。
【００６０】
以下、伝導度出力装置３００がプロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導性を出力する方法を説明する。
【００６１】
（Ｓ２０１）
光源３０２から、プロトン伝導性酸化物１０１に向かって、可視光の波長範囲を有する光１０３が出力される。
【００６２】
（Ｓ２０２）
検出器３０４は、プロトン伝導性酸化物１０１で反射された光１０３を受け付ける。検出器３０４は、受け付けた光１０３に含まれる複数の波長における光の強度を検出する。
【００６３】
（Ｓ１０３）
出力部３０５は、複数の波長における光の強度に基づいて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力する。
【００６４】
例えば、出力部３０５は、検出された光の強度が第２の閾値以下の場合に、高いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。また、出力部３０５は、検出された光の強度が第２の閾値より大きい場合に、低いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。
【００６５】
図４は、波長４５０ｎｍ〜８５０ｎｍにおける本実施の形態２の方法で得られたプロトン伝導性酸化物１０１の反射光強度の一例である。
【００６６】
プロトン伝導性の高い（５００℃におけるプロトン伝導性：９．６×１０-3Ｓ／ｃｍ）試料の反射光強度は、５００ｎｍ〜８５０ｎｍにおいてほぼ一定であり、５００ｎｍ〜８００ｎｍにおいて線形近似で求めた光の強度の変化率は１ｎｍ当たり０．００９であり、第２の閾値０．０１以下の値を示している。
【００６７】
一方、プロトン伝導性の低い（５００℃におけるプロトン伝導性：２．５×１０-5Ｓ／ｃｍ）試料の反射光強度は、波長が増大するに従って単調に増加している。このとき、５００ｎｍ〜８００ｎｍにおいて線形近似で求めた光の強度の変化率は１ｎｍ当たり０．０７であり、第２の閾値０．０１以上の値を示している。
【００６８】
これらのことから、本実施の形態２によって、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度の判定をすることが可能である。
【００６９】
（実施の形態３）
図５に、実施の形態３に係る伝導度出力装置５００の模式図を示す。
【００７０】
光源１０２の劣化により、出力される光１０３の強度が低減する可能性がある。また、光源１０２の汚れにより、出力される光１０３の強度が低減する可能性がある。伝導度出力装置５００は、出力される光１０３の強度が低減しているか否かに基づいて、閾値を変更して、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力する。
【００７１】
（検出器５０４）
検出器５０４は、複数の波長におけるプロトン伝導性酸化物１０１で反射された光１０３の強度を検出する。複数の波長の例は、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍである。
【００７２】
（閾値変更部５０６）
閾値変更部５０６は、検出器５０４が検出した複数の光の強度と、変更基準に含まれる光の強度とを比較して、閾値を変更するか否かを判断する。
【００７３】
変更基準は、複数の光の波長と対応付けられた光の強度を意味し、変更基準に含まれる光の強度は、例えば、第１の閾値の光の強度と同じである。
【００７４】
複数の波長が第１の波長、及び第２の波長を含む例を説明する。つまり、検出器５０４は、第１の波長、及び第２の波長における光の強度を検出している。また、変更基準は、第１の波長、及び第２の波長における光の強度を含んでいる。
【００７５】
まず、閾値変更部５０６は、第１の波長において、検出器５０４が検出した光の強度と、変更基準に含まれる光の強度との第１の差を算出する。閾値変更部５０６は、第２の波長においても、検出器５０４が検出した光の強度と、変更基準に含まれる光の強度との第２の差を算出する。
【００７６】
次に、閾値変更部５０６は、第１の差と第２の差とが所定の範囲内に含まれているか否かを判断する。閾値変更部５０６は、所定の範囲に含まれている場合には、閾値を変更すると判断し、所定の範囲に含まれていない場合には、閾値を変更しないと判断する。
【００７７】
（出力部５０５）
出力部５０５は、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力する。例えば、出力部５０５は、複数の波長において検出された光の強度が、第２の閾値以上の場合に、高いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。また、出力部５０５は、複数の波長における検出された光の強度より小さい場合に、低いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。
【００７８】
第２の閾値は、光の波長と対応付けられた光の強度を意味する。光の強度は、相対値でも良いし、絶対値でも良い。第２の閾値の例は、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において、線形近似で求めた光の強度の変化率が１ｎｍ当たり０．０１以下である。
【００７９】
出力部５０５は、第２の閾値を記憶している記憶部を有していても良い。また、出力部５０５は、外部の記憶部から第２の閾値を取得しても良い。
【００８０】
また、第２の閾値に対応する光の強度は、複数の波長毎に異なる値であっても良い。出力部５０５は外部の記憶部から検出器５０４が検出した光の波長と対応する第２の閾値に対応する光の強度を取得し、取得した第２の閾値を用いて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力しても良い。
【００８１】
以下、伝導度出力装置５００がプロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導性を出力する方法を説明する。
【００８２】
（Ｓ２０１）
光源１０２から、プロトン伝導性酸化物１０１に向かって、可視光の波長範囲を有する光１０３が出力される。
【００８３】
（Ｓ２０２）
検出器５０４は、プロトン伝導性酸化物１０１で反射された光を受け付ける。検出器５０４は、受け付けた光１０３に含まれる複数の波長における光の強度を検出する。
【００８４】
（Ｓ１０３）
出力部５０５は、複数の波長における光の強度に基づいて、プロトン伝導性酸化物１０１のプロトン伝導度を出力する。
【００８５】
例えば、出力部５０５は、検出された光の強度が第２の閾値以上の場合に、高いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。また、出力部５０５は、検出された光の強度が第２の閾値より小さい場合に、低いプロトン伝導度を有するプロトン伝導性酸化物１０１であると出力する。
【００８６】
（実施例）
（インピーダンス測定について）
図６は、プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導性を計測する際の一構成例を示している。図６に示すように、プロトン伝導性酸化物６０１の伝導性を計測できるようにＰｔやＡｇ等のペーストを塗布して取出し電極６０２、６０３を形成し、ＡｕやＰｔ等の金属線６０４、６０５を接着する。金属線６０４，６０５にインピーダンスアナライザー６０６を接続してプロトン伝導性酸化物６０１のプロトン伝導性を計測する。
【００８７】
図６に示される構造において、プロトン伝導性酸化物６０１を石英管や真空チャンバー等で隔離し、所望のガス雰囲気にさらされるようにする。その後、例えば、Ａｒ：Ｈ2＝９５：５のガスで石英管、真空チャンバー等を満たす。インピーダンスアナライザー６０６を用いて、一定の電圧下で周波数を変化させて電流を測定することで、プロトン伝導性酸化物６０１の電気伝導度を測定する。これにより、プロトン伝導性酸化物６０１のプロトン（水素イオン）伝導度を評価することができる。
【００８８】
（実施例１）
図６に示すように、５００℃、Ａｒ（９５％）／Ｈ2（５％）の雰囲気中でインピーダンス測定を行い、ＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δ（サイズは１．１８ｃｍ×０．３３１ｃｍ×０．０７ｃｍ）のプロトン伝導度を測定した。その結果、ＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δのプロトン伝導度は９．１×１０-3Ｓ／ｃｍが得られた。
【００８９】
また、実施の形態１に示す方法で、ＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δの反射光の強度を測定した。５３０ｎｍ帯の発振波長を持つレーザーを光源としたときの反射光の強度は、入力光の強度に対して５０％が得られた。
【００９０】
（実施例２）
実施例１のＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δを用いて、ＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δ表面の色を測定し、Ｌ*ａ*ｂ*表色系を調べた。この結果、ＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δ表面の色は、Ｌ*ａ*ｂ*表色系にて、Ｌ*＝８６．２３、ａ*＝−１．２１、ｂ*＝３．１３であった。
【００９１】
（実施例３）
図６に示すように、５００℃、Ａｒ（９５％）／Ｈ2（５％）の雰囲気中でインピーダンス測定を行い、ＳｒＺｒ0.8Ｙ0.3Ｏ3-δ（サイズは１．２６ｃｍ×０．３５１ｃｍ×０．０７１ｃｍ）のプロトン伝導度を測定した。その結果、ＳｒＺｒ0.8Ｙ0.3Ｏ3-δのプロトン伝導度は８．９×１０-3Ｓ／ｃｍが得られた。
【００９２】
実施の形態２に示す方法で、ＳｒＺｒ0.8Ｙ0.3Ｏ3-δの反射光の強度を測定した。キセノンランプとハロゲンランプを重畳した光源を用いて、５００ｎｍから８００ｎｍの波長範囲におけるＳｒＺｒ0.8Ｙ0.3Ｏ3-δの反射光の強度を測定した。
【００９３】
この結果、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍにおける反射光の強度は入力光の強度に対してそれぞれ、６７．３％、６９．６％、６８．１％、６９．１％、６９．９％、６９．４％、７１．１％であった。このとき、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において光の強度の変化率は、１ｎｍ当たり０．００９１％であった。
【００９４】
（実施例４）
図５に示すように、５００℃、Ａｒ（９５％）／Ｈ2（５％）の雰囲気中でインピーダンス測定を行い、ＣａＺｒ0.8Ｙ0.2Ｏ3-δ（サイズは１．０９ｃｍ×０．３１２ｃｍ×０．０６５ｃｍ）のプロトン伝導度を測定した。その結果、ＣａＺｒ0.8Ｙ0.2Ｏ3-δのプロトン伝導度は６．１×１０-3Ｓ／ｃｍが得られた。
【００９５】
実施の形態２に示す方法で、ＣａＺｒ0.8Ｙ0.2Ｏ3-δの反射光の強度を測定した。本実施例では、実施例３で用いた光源を減衰器によって出力強度を７０％と低くした。このとき、５００ｎｍにおける反射光の強度は、入力光の強度に対して４０％であった。このため、入力光の出力強度が小さいと判断し、閾値変更を行い、入力光の強度を１００％に換算してＣａＺｒ0.8Ｙ0.2Ｏ3-δの反射光強度を計算した。
【００９６】
この結果、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍにおける反射光の強度は、それぞれ、５７．７％、５８．７％、５８．７％、５８．３％、５９．２％、５９．７％、６０．９％となった。このとき、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において光の強度の変化率は、１ｎｍ当たり０．００８６％であった。
【００９７】
（比較例１）
図６で示した、５００℃、Ａｒ（９５％）／Ｈ2（５％）の雰囲気中でのインピーダンス測定から得られたプロトン伝導度が４．１×１０-5Ｓ／ｃｍであるＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δの反射光の強度を、実施例１と同様の方法で測定した。５３０ｎｍ帯の発振波長を持つレーザーを光源としたときの反射光の強度は、入力光の強度に対して３０％であった。
【００９８】
（比較例２）
比較例１のＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δを用いて、ＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δ表面の色を測定し、Ｌ*ａ*ｂ*表色系を調べた。この結果、ＢａＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δ表面の色は、Ｌ*ａ*ｂ*表色系にて、Ｌ*＝５７．９１、ａ*＝−０．１０、ｂ*＝１５．４３であった。
【００９９】
（比較例３）
図６で示した、５００℃、Ａｒ（９５％）／Ｈ2（５％）の雰囲気中でのインピーダンス測定から得られたプロトン伝導度が８．０×１０-5Ｓ／ｃｍであるＳｒＺｒ0.95Ｙ0.05Ｏ3-δの反射光の強度を、実施例３と同様の方法で測定した。
【０１００】
この結果、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍにおける反射光の強度は入力光の強度に対してそれぞれ、３１．４％、３３．３％、３５．４％、３８．３％、４１．３％、４５．８％、５１．４％であった。このとき、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において光の強度の変化率は、１ｎｍ当たり０．０６４９％であった。
【０１０１】
（比較例４）
図６で示した、５００℃、Ａｒ（９５％）／Ｈ2（５％）の雰囲気中でのインピーダンス測定から得られたプロトン伝導度が７．３×１０-5Ｓ／ｃｍであるＳｒＺｒ0.9Ｙ0.1Ｏ3-δの反射光の強度を、実施例４と同様の方法で測定した。
【０１０２】
この結果、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍにおける反射光の強度は入力光の強度に対してそれぞれ、３１．４％、３３．３％、３５．４％、３８．３％、４１．３％、４５．８％、５１．４％であった。このとき、５００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲において光の強度の変化率は、１ｎｍ当たり０．０６４９％であった。
【０１０３】
以上より、本発明おけるプロトン伝導性酸化物の判定装置及びその判定方法によれば、インピーダンスアナライザーを用いた伝導度測定を行わなくても、ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物表面の反射光の強度や色といった光学特性を確認するだけで、プロトン伝導性酸化物のプロトン伝導度が高いか低いかを、非破壊で簡便に判定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本開示に係るプロトン伝導性酸化物の伝導度の判定装置及び判定方法によれば、インピーダンスアナライザーを用いた伝導度測定をしなくても、ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物を予めプロトン伝導性酸化物が高い伝導度を有するかどうかを簡便に判別する方法を提供する。
【０１０５】
上記の開示内容から導出される発明が、以下、列挙される。
１．平坦面を有するペロブスカイト酸化物結晶のプロトン伝導性が１×１０-3Ｓ／ｃｍ以上かどうかを判定する方法であって、以下の工程を具備する：
（ａ）前記ペロブスカイト酸化物結晶の前記平坦面に、５００〜７５０ｎｍの波長を有する照射光を照射する工程、
（ｂ）前記照射光の反射光の強度を測定する工程、および
（ｃ）以下の数式（Ｉ）が充足される場合、前記ペロブスカイト酸化物結晶のプロトン伝導性は１×１０-3Ｓ／ｃｍ以上である判定する工程。
（前記反射光の強度）／（前記照射光の強度）≧  ０．５      （Ｉ）
【０１０６】
【表３】
2017223479.tif 000005
【符号の説明】
【０１０７】
１００  伝導度出力装置
１０１  プロトン伝導性酸化物
１０２  光源
１０３  光
１０４  検出器
１０５  出力部
１０６  記憶部
１１０  伝導度出力装置
３００  伝導度出力装置
３０４  検出器
３０５  出力部
５００  伝導度出力装置
５０４  検出器
５０５  出力部
５０６  閾値変更部
６０１  プロトン伝導性酸化物
６０２  電極
６０３  電極
６０４  金属線
６０５  金属線
６０６  インピーダンスアナライザー
【図１】
2017223479.tif 000006
【図２】
2017223479.tif 000007
【図３】
2017223479.tif 000008
【図４】
2017223479.tif 000009
【図５】
2017223479.tif 000010
【図６】
2017223479.tif 000011