| 研究課題/領域番号 |
21H01665
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
菅原 優 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40599057)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円)
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| キーワード | 水素侵入 / 水素脆化 / 高強度鋼 / 大気腐食 / エレクトロクロミック薄膜 / 水素マッピング / 鉄鋼材料 / エレクトロクロミズム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
水素エネルギー社会の実現や自動車の燃費向上に不可欠な材料の水素脆化を防止するため、材料中への水素侵入分布をリアルタイムでモニタリングする技術が求められている。そこで本研究では、エレクトロクロミック特性を有する酸化物薄膜を用いた材料中の水素分布の高位置分解可視化モニタリングシステムを確立することを目的とする。そしてこの水素検出システムを用いて、鋼材への水素侵入に及ぼす材料因子、腐食因子の影響を解明する。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、エレクトロクロミック特性を有する酸化物薄膜を用いた材料中の水素分布の高位置分解可視化モニタリングシステムを確立すること、そしてこの水素検出システムを用いて、鋼材への水素侵入に及ぼす腐食因子の影響を解明することである。その目的を達成するため、本モニタリングシステムの課題である位置分解能や応答性、検出感度の向上に取り組んだ。これまで代表的なエレクトロクロミック材料としてW酸化物を使用してきたが、Ru酸化物やMn酸化物を使用することで、応答性が極めて向上し、それに伴って位置分解能も改善することが分かった。また、Ru酸化物やMn酸化物は水素検出後の水素の脱離が少なく、積分型のセンサーとなるが、Ti酸化物を使用することで、応答性には劣るが可逆性が高く、繰り返し応答性を有するセンサーとなり得ることが分かった。このように、水素検出薄膜を変えることで、異なる水素検出特性を有するモニタリングシステムを作製することに成功した。また、酸化物の違いによって水素検出の応答性や可逆性が異なる原因について、NMR分光法などを用いた解析も行った。
本水素モニタリングシステムを用いて、水素脆化が懸念される高強度鋼の腐食過程における水素侵入の分布計測に成功した。鋼材の水素侵入には、溶液のpHや塩化物イオン濃度が大きく影響を及ぼすことが分かった。本研究の結果より、鋼材が腐食に伴い脱不働態化すると鋼材の電位が下がるが、その際に水素の侵入が起こるのではなく、電位の低下とともにさびが生成し、そのさびの下におけるpH低下と塩化物イオンの濃縮によって水素の侵入が引き起こされると考察された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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