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2017 年度 実績報告書

金属溶湯中で生じるデアロイング反応に及ぼす通電効果とナノポーラス構造制御への応用

研究課題

研究課題/領域番号 15K06478
研究機関東北大学

研究代表者

和田 武  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10431602)

研究分担者 加藤 秀実  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80323096)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードナノポーラス金属 / デアロイング
研究実績の概要

平成28年度の研究結果から、金属溶湯脱合金化における通電の効果は主に脱合金化反応速度に影響を及ぼすことが分かったが、ポーラス構造自体には大きな影響を及ぼさなかった。この結果を踏まえ、平成29年度では金属溶湯脱合金化におけるポーラス構造の配向性等を制御する手法を確立するために、通電にこだわらず多方面からの実験に取り組んだ。
ポーラス構造の生成の初期段階は固/液界面での反応進行方向に配向した針状のリガメントの生成と、その後のリガメントの表面積を減少させるための形態緩和であることが明らかとなったため、脱合金化温度を低くして形態緩和時間を長くすることで、初期の配向状態が維持できることが分かった。また、脱合金反応界面の移動速度は前駆合金に含まれる犠牲元素が多いほど早くなることが分かり、配向したリガメントの成長に関連していることが分かった。これらの結果をもとに、前駆合金組成および脱合金化温度を最適化し、数十ナノメートルサイズのポアが脱合金反応進行方向に配向したポーラス鉄合金を得ることに成功した。
一方で、ポーラス構造を階層構造に制御する新たな金属溶湯脱合金化技術の開発にも取り組んだ。前駆合金を第一の金属浴に浸漬し粗大なポーラス構造を生成させ、次にこれを第二の金属浴に浸漬することで第一段階で生成したポーラス構造をさらにポーラス化することに成功した。得られたポーラス金属は気孔サイズ分布に二つのピークを持つバイモーダル型ポーラス金属であり、電池電極などの比表面積と物質輸送性の両方が要求される分野に役立つものと考えられる。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 3件、 査読あり 4件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Preparation of hierarchical porous metals by two-step liquid metal dealloying2018

    • 著者名/発表者名
      Wada Takeshi、Geslin Pierre-Antoine、Kato Hidemi
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 142 ページ: 101~105

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2017.08.038

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Three-Dimensional Morphological and Chemical Evolution of Nanoporous Stainless Steel by Liquid Metal Dealloying2017

    • 著者名/発表者名
      Zhao Chonghang、Wada Takeshi、De Andrade Vincent、Williams Garth J.、Gelb Jeff、Li Li、Thieme Juergen、Kato Hidemi、Chen-Wiegart Yu-chen Karen
    • 雑誌名

      ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES

      巻: 9 ページ: 34172~34184

    • DOI

      10.1021/acsami.7b04659

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cold-rolling influence on microstructure and mechanical properties of NiCr - Ag composites and porous NiCr obtained by liquid metal dealloying2017

    • 著者名/発表者名
      Mokhtari Morgane、Le Bourlot Christophe、Adrien Jerome、Dancette Sylvain、Wada Takeshi、Duchet-Rumeau Jannick、Kato Hidemi、Maire Eric
    • 雑誌名

      Journal of alloys and compounds

      巻: 707 ページ: 251~256

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2016.12.105

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Preparation of Nanoporous Si by Dealloying in Metallic Melt and Its Application for Negative Electrode of Lithium Ion Battery2017

    • 著者名/発表者名
      Wada Takeshi、Kato Hidemi
    • 雑誌名

      Materials today : proceedings

      巻: 4 ページ: 11465~11469

    • DOI

      10.1016/j.matpr.2017.09.030

    • 査読あり
  • [学会発表] 二段階金属溶湯脱合金化による階層構造ポーラス金属の作製2018

    • 著者名/発表者名
      和田武、Pierre-Antoine Geslin、加藤秀実
    • 学会等名
      日本金属学会2018年春期講演大会(第162回)
  • [学会発表] 金属脱合金化反応を利用した多孔質金属作製と二次電池への応用2018

    • 著者名/発表者名
      和田武
    • 学会等名
      六研連携プロジェクト29年度(第2回)公開討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] Formation of nanoporous Fe-based alloy by solid state interfacial dealloying reaction2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi WADA, Hidemi KATO
    • 学会等名
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy ~ 60th Anniversary ~
    • 国際学会
  • [学会発表] 固相脱合金化による鉄基合金ナノ構造体の作製2017

    • 著者名/発表者名
      和田武, 加藤秀実
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期講演大会(第161回)
  • [学会発表] Suppressing Ligament Growth of Porous Metals during Liquid Metal Dealloying Process2017

    • 著者名/発表者名
      加藤秀実
    • 学会等名
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy ~ 60th Anniversary ~
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation and Morphological Evolution of Nano/Micro Porous Metals by Liquid Metal Dealloying2017

    • 著者名/発表者名
      Hidemi Kato, Takeshi Wada
    • 学会等名
      24th International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials(ISMANAM2017)
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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