2014 Fiscal Year Annual Research Report
多結晶体電極表面における異方性腐食挙動のデジタル電気化学
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14J00231
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
高畠 勇 北海道大学, 総合化学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | 電気化学 / 表面・界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、微小電気化学法により多結晶鉄電極の局部反応機構を解明し、微小電気化学と従来のマクロ電気化学を有限要素法を用いて結びつけるデジタル電気化学という新しい腐食科学の理論を構築することを目的としている。本年度は、多結晶純鉄上で進行する不均一腐食反応の解析を目的として、以下の二つのアプローチより素地鉄の表面結晶方位が酸化物皮膜の形成に与える影響を検討した。
１）微小キャピラリセル（MCC）を用いた微小電気化学測定より、硫酸中で純鉄上に形成するアノード酸化皮膜の結晶方位依存性を検討した。定電位分極法を用いて皮膜を形成した際、流れた電流は明確な結晶方位依存性を示した。電気化学インピーダンス分光法（EIS）、定電流還元法およびX線光電子分光法（XPS）を用いた皮膜の電気的物性および組成の検討より、皮膜の構造が素地鉄の結晶方位ごとに異なることが示唆された。このような酸化物皮膜形成における結晶方位依存性は、素地鉄の結晶方位ごとに皮膜および皮膜を介した下地鉄の溶解速度、および皮膜の形成速度が異なるために生じることが予想される。
２）多結晶純鉄基板を空気中300℃で1時間焼成し、形成した熱酸化皮膜の不均一性を検討した。2Dエリプソメトリーを用いて皮膜の膜厚を測定したところ、素地鉄の表面結晶方位が{1 2 4} < {0 0 1} < {1 0 1} < {1 1 1}の順に厚い皮膜が形成した。MCCを用いて個々の結晶粒上でEIS測定を行ったところ、皮膜のドナー密度は明らかに素地鉄の結晶方位に依存し、{0 0 1} < {1 1 1} < {1 0 1}の順に大きな値を示した。これら熱酸化皮膜における結晶方位依存性は、素地鉄の表面結晶方位に由来した酸化物の異方性成長に起因するものであると予想される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
微小キャピラリセルを用いた微小電気化学測定により、多結晶純鉄上に形成するアノード酸化皮膜および熱酸化皮膜に明らかな素地鉄の結晶方位依存性を観察した。このとき、素地鉄の粒界が酸化物の構造に影響を及ぼすことを確認しており、多結晶金属の異方性腐食挙動を検討する上で重要な知見を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
多結晶純鉄上に形成する熱酸化皮膜の不均一性について、昨年度までの研究成果を英語論文にまとめて国際学術論文誌へ投稿する。続いて、電解質溶液を交換しながら電気化学測定可能なフロー型電気化学セルを構築し、多結晶純鉄を構成する多くの結晶粒・結晶面方位を対象に電気化学挙動（溶解速度、水素発生速度、皮膜の形成・溶解速度）の結晶方位依存性を検討する。これらの研究成果を国内および国際会議にて発表する他、論文を国際的な学術論文誌へと投稿する。
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