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1.研究目的
高温高圧水環境における金属材料の腐食事故の原因の究明と防止対策の確立のためには、腐食環境のpHを正確に知ることが不可欠である。本研究では、TiO_2単結晶をpH感応素子とする半導体pHセンサ-を用いて、高温水のpHを自動的かつ連続的に測定できる装置を開発することを目的とした。
2.研究成果
(1)TiO_2半導体センサ-式pH計測器の作製:Nb_2O_5添加TiO_2単結晶をpH電極に用いたpH計測器を試作した。本装置の計測部は電位制御用のポテンショスタット、インピ-ダンス測定用の周波数応答解析器、並びに各装置の制御とデ-タ収集、解析のためのパ-ソナルコンピュ-タによって構成した。この装置によりpHを自動的かつ連続的に測定するためのプログラムを作成した。
(2)装置の動作特性の評価:試作した装置を用いて、0.05wt%Nb_2O_5添加TiO_2単結晶電極のMottーSchottky(MーS)プロットを25〜250℃の範囲の各温度において測定した。得られたデ-タを以前に同一条件下で手動測定して求めたデ-タと比較した結果、今回試作した装置は正常に動作することが確認された。
(3)pH電極用TiO_2単結晶の選定:Nb_2O_5添加量を0.001〜0.05wt%の範囲で種々変えたTiO_2単結晶電極のMーSプロットおよびテラットバンド電位ーpH曲線を測定した。その結果、0.01wt%Nb_20_5添加TiO_2単結晶は低電導度溶液中でも直線的なMーSプロットを生じ、かつ理想的なpH応答特性を有することから、この結晶がpH感応素子として最適であると決定した。
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