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2019 Fiscal Year Annual Research Report

グライム系室温アルミニウム電析:錯体構造制御による高度化

Research Project

Project/Area Number 19H02490
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

北田 敦  京都大学, 工学研究科, 助教 (30636254)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 邑瀬 邦明  京都大学, 工学研究科, 教授 (30283633)
深見 一弘  京都大学, 工学研究科, 准教授 (60452322)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords電析 / グライム / アルミニウム / ナノチューブ / クラウンエーテル / ヒドロニウム / hydrate melt / 塩化カルシウム
Outline of Annual Research Achievements

本年度はグライム系室温アルミニウム電析について、溶媒の最適化と添加剤効果、ならびに合金形成の可能性を調査した。溶媒と溶質の比率変化によって、得られる電析皮膜の外観、ミクロ形態ならびに硬度が改善することがわかった。添加剤(複合化材料)として多層カーボンナノチューブを用いたところ、Alめっきとの複合化により硬度が増大した。また、複合化のためのナノチューブ分散には、ナノチューブの酸処理による親水化が必須であることもわかった。鉄との合金化を試みたが、合金は形成しなかった。しかし、非常に平滑で光沢のある鉄薄膜を得ることに成功した。これは従来の水溶液や非水溶液では得ることが困難であったものである。水素発生が起こらない環境であるためだけでなく、電流時間変化の解析から理想的な自発的核発生メカニズムが起こっているために、このような光沢鉄めっきが可能になったと考察した。

直鎖構造のグライムを環状にしたクラウンエーテルを用いて新しいプロトン伝導体を合成し、その物性を調べた。H3O+(ヒドロニウム)イオンをクラウンエーテルに配位させた「ヒドロニウム溶媒和イオン液体」では、プロトンの高速伝導が観測されているが、クラウンエーテル比率を2倍とした場合には高速伝導が阻害されるという意外な結果を得た。2つの隣り合うクラウンエーテル間での局所的プロトン交換の可能性を提案した。

申請者が推進する電析研究のキーワードである「安価・安全・室温」に合致する、hydrate meltを用いる電析技術を検討した。塩化カルシウム6水和物は室温で溶融するhydrate melt(水和溶融塩)である。自由水がほとんど存在しないため、従来よりも優れた溶解度や電気化学的安定性を有する。hydrate meltを用いることで、平滑銀めっきと3価クロムめっきというめっき無害化技術を考案した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本年度はグライム系室温アルミニウム電析について、溶媒の最適化と添加剤効果、ならびに合金形成の可能性を調査した。溶媒の最適化はほぼ完了し、平滑な皮膜を得ることに成功している。添加剤効果についてはビッカース硬度2 GPaを超える複合材料が得られ、従来の粉末冶金法の硬度を上回ることに成功した。鉄との合金化を試みたが、合金は形成しなかった。しかし、非常に平滑で光沢のある鉄薄膜を得ることに成功した。これは従来の水溶液や非水溶液では得ることが困難であったものである。水素発生が起こらない環境であるためだけでなく、電流時間変化の解析から理想的な自発的核発生メカニズムが起こっていることがわかった。光沢鉄薄膜については論文査読中である。以上のように、当初の計画項目を着実に実行し、新たな知見を得るに至っている。

Strategy for Future Research Activity

溶媒の最適化に関する研究では、平滑性と緻密性が高いアルミニウム皮膜が得られているので、耐食性の試験を行う。耐食性がよければ、これまでの銅基板から基板を変更し、耐食性の付与に関する研究にシフトする。
合金電析について、アルミニウムと電位の近い金属との合金化を図るほか、鉄での知見から3d遷移金属の平滑めっきが可能であるかを調査する。

  • Research Products

    (15 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 5 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] 南京航空航天大学(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      南京航空航天大学
  • [Journal Article] Suppression of Fast Proton Conduction by Dilution of a Hydronium Solvate Ionic Liquid: Localization of Ligand Exchange2020

    • Author(s)
      Kawata Kio、Kitada Atsushi、Tsuchida Naoki、Saimura Masayuki、Nagata Takashi、Katahira Masato、Fukami Kazuhiro、Murase Kuniaki
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 167 Pages: 046508~046508

    • DOI

      10.1149/1945-7111/ab75fc

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystalline chromium electroplating with high current efficiency using chloride hydrate melt-based trivalent chromium baths2020

    • Author(s)
      Adachi Ken、Kitada Atsushi、Fukami Kazuhiro、Murase Kuniaki
    • Journal Title

      Electrochimica Acta

      Volume: 338 Pages: 135873~135873

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2020.135873

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hydronium bis(trifluoromethanesulfonyl)amide?18-crown-6 (1/1)2020

    • Author(s)
      Kitada Atsushi、Funasako Yusuke、Matsumoto Kazuhiko、Hagiwara Rika、Inokuchi Makoto、Fukami Kazuhiro、Murase Kuniaki
    • Journal Title

      IUCrData

      Volume: 5 Pages: 1~3

    • DOI

      10.1107/S2414314620001625

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dispersion of multiwalled carbon nanotubes into a diglyme solution, electrodeposition of aluminum-based composite, and improvement of hardness2020

    • Author(s)
      Zhang Zelei、Kitada Atsushi、Chen Tianyu、Fukami Kazuhiro、Shimizu Masahiro、Arai Susumu、Yao Zhengjun、Murase Kuniaki
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 816 Pages: 152585~152585

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2019.152585

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cyanide-Free Displacement Silver Plating Using Highly Concentrated Aqueous Solutions of Metal Chloride Salts2019

    • Author(s)
      Adachi Ken、Kitada Atushi、Fukami Kazuhiro、Murase Kuniaki
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 166 Pages: D409~D414

    • DOI

      10.1149/2.0871910jes

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Determination of Stability Constants of Copper(II)?Lactate Complexes in Cu2O Electrodeposition Baths by UV-vis Absorption Spectra Factor Analysis2019

    • Author(s)
      Chen Tianyu、Kitada Atsushi、Fukami Kazuhiro、Murase Kuniaki
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 166 Pages: D761~D767

    • DOI

      10.1149/2.1231914jes

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 濃厚金属ハロゲン化物水溶液からの電析2020

    • Author(s)
      北田 敦
    • Organizer
      京都府鍍金工業組合青年部「鍍秀会」2月例会 先端技術セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 非水系と擬水系電析浴の探索2019

    • Author(s)
      北田 敦
    • Organizer
      関西電気化学研究会
    • Invited
  • [Presentation] 濃厚金属ハロゲン化物水溶液からの電析2019

    • Author(s)
      北田 敦
    • Organizer
      表面技術協会 めっき部会 9月例会
    • Invited
  • [Presentation] ハロゲン化物系濃厚水溶液を用いる金属電析2019

    • Author(s)
      北田 敦
    • Organizer
      表協エレクトロニクス部会 - 電化ナノ・マイクロファブリケーション研究会 合同研究会
    • Invited
  • [Presentation] 多価金属二次電池用電解液の材料化学2019

    • Author(s)
      北田 敦
    • Organizer
      山口大学新エネルギー研究会 令和元年度講演会 次世代電気化学蓄電デバイスの材料設計
    • Invited
  • [Remarks] 京都大学/材質制御学研究室/北田敦

    • URL

      http://www.echem.mtl.kyoto-u.ac.jp/index_kitada.html

  • [Remarks] researchmap 北田 敦 (Kitada Atsushi)

    • URL

      https://researchmap.jp/kitada.atsushi1985

  • [Patent(Industrial Property Rights)] スカンジウムの製造方法2020

    • Inventor(s)
      北田 敦、邑瀬邦明、芳中知明、森 崇裕
    • Industrial Property Rights Holder
      北田 敦、邑瀬邦明、芳中知明、森 崇裕
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-023796

URL: 

Published: 2021-01-27  

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