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材料内部の運動状態を、温湿度制御下で定量的に評価できます
燃料電池電解質膜の構造･運動状態
固体高分子型燃料電池にはフッ素系高分子電解質膜が使用されています。高分子材料の構造解析には溶液の1H NMR、13C NMRを用いるのが一般的ですが、難溶性のフッ素系高分子の構造解析には固体19F NMRスペクトル測定が有効です。さらに、緩和時間測定により高分子膜の分子運動状態を評価できます。材料が使用される環境を想定し、湿度雰囲気を保持しながら温度を制御することで、幅広い温度範囲で各官能基部位の運動状態を把握することが可能です。
NafionTM膜の固体19F NMRスペクトルMAS回転速度依存性
固体19F NMR測定では、高分解能スペクトルを測定するために試料を極めて高速で回転させることが必要です。回転速度が向上するにつれて分解能が向上し、スペクトルが尖鋭化、高分解能化していく様子がわかります。これにより個々のピークの帰属が可能となります。 (*NafionTM：ケマーズ社商標)
NafionTM膜の固体19F NMRによるスピン-格子緩和時間測定結果
高含水と低含水のNafionTM膜を調製し、-50～30°Cの間で、固体19F NMRによるスピン-格子緩和時間T1を測定した結果を示します。高含水膜と低含水膜では温度に対するT1の変化の挙動が異なり、高分子鎖の運動状態が膜中に存在する水の量に大きく関係していることが示唆されました。
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