電気化学インプランテーション/ディスプランテーション

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555244
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 伊藤 靖彦 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (20026066)
• 研究分担者: 野平 俊之 京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (00303876) ; 後藤 琢也 京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (60296754) ; 萩原 理加 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教授 (30237911)
• キーワード: 溶融塩 / 機能性材料 / 電気化学インプランテーション / 希土類合金 / 金属窒化物 / 電気化学ディスプランテーション

研究概要

本研究は、機能性材料の新たな形成法として大きな可能性を有する、溶融塩中での「電気化学インプランテーション/ディスプランテーション」について、そのメカニズムを解明し、さらには実用化へ結びつけることを目的としている。平成14年度は、雰囲気制御多目的グローブボックス内に組んだパイレックス製およびステンレス製の特注電解セルを用い、種々の電解条件で、Dy-Ni、Dy-Fe、Yb-Ni、Pr-Ni、Cr-N、Zn-N等の機能性材料を形成させた。溶融LiCl-KClにDyCl_3を添加した浴中、温度773Kにおいて、Fe電極をカソード分極すると、電気化学インプランテーションによりDyFe_2合金膜が形成することを明らかにした。ここで、Dy合金化および脱合金化を繰り返すことにより、DyFe_2合金の形成速度が向上したことから、DyおよびFeの物質輸送が結晶粒界付近でおもに起きていることが示唆された。同じ浴中におけるDyNi_2合金の電気化学インプランテーションによる形成に関して、その膜厚の直線的な増加が、原子の拡散の速い内部DyNi_2層と原子の拡散の遅い外部DyNi_2層の存在により説明できることを示した。さらに、溶融LiCl-KCl-PrCl_3系における電気化学インプランテーションにより形成したPrNi_2合金について、TEMによる分析を行った結果、多くの欠陥を含む微小な結晶から成ることが明らかになったため、元素の高速拡散が結晶粒界近傍で起こることが示唆された。一方、一度形成させたDyNi_2合金膜から、電気化学ディスプランテーションによりDyのみを選択的にアノード溶出させる際に電位を制御することで、得られる多孔質膜の孔径を制御できることを明らかにするとともに、そのメカニズムを提案した。溶融LiCl-KClにYbCl_3を添加した浴中では、金属Ybの析出電位は金属Liの析出電位よりも卑であるが、YbとLiを共析させる「リチウム共析法」を行うことにより、Ni基板上に高速にYbNi_2合金を形成できることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] H.Konishi, T.Nohira, Y.Ito: "Formation of Dy-Fe Alloy Films by Molten Salt Electrochemical Process"Electrochimica Acta. Vol.47. 3533-3539 (2002)
• [文献書誌] H.Qiao, T.Nohira, Y.Ito: "Electrochemical Formation of Au_2Na Alloy and The Characteristics of (Au_2Na+Au) Reference Electrode in a LiF-KF-NaF Eutectic Melt"Electrochimica Acta. Vol.47. 4543-4549 (2002)
• [文献書誌] H.Konishi, T.Nohira, Y.Ito: "Morphology Control of Dy-Ni Alloy Films by Electrochemical Displantation"Electrochem. Solid-State Lett.. Vol.5. B37-B39 (2002)
• [文献書誌] T.Iida, T.Nohira, Y.Ito: "Electrochemical Formation of Sm-Co Alloy Films by Li Codeposition Method in A Molten LiCl-KCl-SmCl_3 System"Electrochimica Acta. Vol.48. 901-906 (2003)
• [文献書誌] H.Konishi, T.Nohira, Y.Ito: "Kinetics of DyNi_2 Film Growth by Electrochemical Implantation"Electrochimica Acta. Vol.48. 563-568 (2003)
• [文献書誌] T.Iida, T.Nohira, Y.Ito: "Electrochemical Formation of Yb-Ni Alloy Films by Li Codeposition Method in A Molten LiCl-KCl-YbCl_3 System"Electrochimica Acta. Vol.48(accepted). (2003)