Alloying of additive elements and their nanoparticle deposition based on the design of the interface between Ti alloys and oxide layers

基于钛合金与氧化层界面设计的添加元素合金化及其纳米颗粒沉积

• 批准号: 22H01831
• 负责人: 土谷 博昭
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01831/
• 关键词: 陽極酸化; チタン合金; 貴金属; ナノ粒子; 構造解析; ナノチューブ; 自己規則化; 極微構造解析

Ti合金の陽極酸化過程でTi合金基板/ナノチューブ層界面に複数の添加元素が濃縮するのならば貴金属元素同士に限らず、それらの添加元素の合金化は可能か」、「添加元素の合金化現象と添加元素からなるナノ粒子形成・担持の機序はTiO2ナノチューブ形成機構から理解できるか」、さらに「ナノ粒子形成・担持は陽極酸化電圧によって制御できるか」という、これまでのアノード酸化研究で得られた知見に基づいて立案した研究における課題を解明して、「組成および位置が制御された貴金属元素と遷移金属元素からなる合金ナノ粒子を担持したTiO2ナノチューブ層の創成」と「形成したナノチューブ層のエネルギーデバイスへの展開に向けた基礎検討」を目的とする。本年度は合金ナノ粒子形成に及ぼす電気化学条件の検討を行った。作製したチタン合金の陽極酸化をフッ化物及び水を添加したエチレングリコール電解液中で実施した。広範な溶液条件で検討した結果、フッ化物濃度よりも水添加量が陽極酸化挙動に影響を及ぼし、最適量よりも水が多い場合には貴金属含有Ti合金においてナノチューブ状酸化被膜は形成しないことが分かった。最適水分量で行った陽極酸化ではナノチューブの形成とともにナノ粒子の担持は確認できたが、ナノチューブ断面よりも表面への形成が多く見られた。またナノチューブ層形成には貴金属元素の濃度が高い場合にも規則配列したナノチューブ状酸化被膜は形成しないことが分かった。更にエネルギーデバイスへの展開に向けた基礎的検討を行うための予備検討として、酸化チタンの光電流過渡応答の測定および過渡応答の計算モデルに関する検討を行った。

Anodizing process of Ti alloy: concentration of a plurality of additive elements at Ti alloy substrate/TiO2 layer interface, limitation of noble metal elements, alloying possibility of additive elements, alloying phenomenon of additive elements, mechanism of particle formation and support of additive elements, understanding of TiO2 layer formation mechanism,"The formation of particles, support of anodic acidification, control of voltage," the study of acidification, the study of basic knowledge, the study of the problem to solve,"Composition and position control of noble metal elements and migration of metal elements, alloy particles, support and formation of TiO2 coating layer" and "formation of TiO2 coating layer, development and development of basic research". This year, the study of alloy particle formation and electrochemical conditions was carried out. The anodization of the alloy and the addition of water are carried out in the electrolyte. The solution conditions are discussed, and the influence of compound concentration, water addition amount on anodization behavior is discussed. The optimum amount of water is used in many cases. The noble metal contains Ti alloy, and the acidizing film is formed. The optimum amount of water is determined by the anodic acidification of the particles. In the case of a high concentration of noble metal elements, a regular arrangement of the noble metal layer is formed. In addition, the development of the photocurrent transition in the production process and the calculation of the photocurrent transition in the production process are discussed.