HOME 教育状況公表 令和3年9月23日

ニオブアノード酸化皮膜の絶縁特性に及ぼす熱処理雰囲気の影響

坂本¹⁾や岡田²⁾の論文をもとに研究しました。

伊藤晋,立花…らは、2003年に福島県立医科大学（福島市光が丘１）で開催された化学系９学協会連合東北地方大会においてニオブコンデンサ用固体電解質のニオブアノード酸化皮膜への最適塗布条件について報告している³⁾。

ニオブはタンタル電解コンデンサに替わる材料として注目されている。実際のコンデンサでは固体電解質であるカソード材料が接触していて、接触界面が存在している。今までにカソード材料を接触させない状態でのニオブアノード酸化皮膜の特性に及ぼす熱処理などが検討されてきた。1),2)そこで、雰囲気を変え熱処理を行ったニオブアノード酸化皮膜にカソード材料を接触させたときの絶縁特性を検討した。
2、実験方法
ニオブワイヤー(日本ケミコン提供、純度99.9%　φ0.30mm)を13cmに切り10cmを渦巻き形状に巻き、3cmを柄とし、約φ0.7mmの円形電極(電極面積：0.8cm2)を作成した。円形電極を前処理としてアルカリ脱脂を行い、電気炉を用いてHe、CO2、Ar+H2 の雰囲気中で1000℃、1h熱処理を行った。また、円形電極を20wt%リン酸中において電流密度10A/m２で20Vまでアノード酸化後、1h保持して試料とし、二酸化マンガンを塗布して試料極とした。塗布方法として、圧着、ディップコーティング、熱分解を行った。対極にPt、参照極にはAg/AgClを用いて三極式セルを組み立て、試料極を20wt%リン酸中においてサイクリックボルタンメトリー（電流―電位曲線）とクロノアンペロメトリー（電流―時間曲線）で評価した。前者は電位掃引速度を0.1V/sec、後者は電位ステップを5Vとした。　
絶縁特性の評価方法として、サイクリックボルタモグラム（図1参照）の2サイクル目における自然電位から15Vまでの電位と電流との勾配(電位比例電流成分)を漏れ電流勾配として、漏れ電流勾配の小ささで絶縁特性を評価した。また、クロノアンペログラムの150ｓ後あたりから電流値が一定となるので、その時の電流値を漏れ電流として、漏れ電流の小ささでも絶縁特性を評価した。


図1　CVの模式図
3、結果
表1　雰囲気を変え熱処理を行ったニオブ（MnO2圧着）の漏れ電流勾配
熱処理なし
［μA/V］ He熱処理
［μA/V］ CO2熱処理
［μA/V］ Ar＋H2熱処理
［μA/V］
MnO2圧着 3.2±0.7 2.7±0.4 9.1±2.5 1.2
表2　He雰囲気中で熱処理を行ったニオブ（MnO2接触）の漏れ電流
MnO2圧着
［μA］ MnO2ディップコーティング
［μA］ MnO2熱分解
［μA］
熱処理なし 5.0 1.3 17
He熱処理 5.7 1.0 75
表1より、He雰囲気中で熱処理を行うことによりMnO2を圧着した二オブの漏れ電流勾配が小さくなった。また、表2より、He雰囲気中で熱処理を行うことによりMnO2をディップコーティングしたニオブの漏れ電流が減少し、絶縁特性が改善した。
4、参考文献　　　　　　　　　　　　　　　　　
１)大館広和、阿相英孝、小野幸子、2002年電気化学秋季大会講演要旨集、p.160(2002).
２）K.Kovacs,G.Kiss,M.Stenzel,and H.Zillgen,
JournalofTheElectrochemicalSociety,150(8),B361-B366(2003)　


ニオブはタンタル電解コンデンサに替わる材料として注目されてきた。しかしタンタルコンデンサほど漏れ電流を低減することができなかった。ニオブのアノード酸化皮膜の熱処理などがリン酸水溶液中での漏れ電流とともに検討されてきた。しかし実際のコンデンサでは固体電解質であるカソード材料が接触している。そこで雰囲気を変えて熱処理をしたニオブアノード酸化皮膜の絶縁特性を検討した⁴⁾。


ニオブ⁵⁾
●２００３年度（平成１５年度）卒業研究⁶⁾
田中⁷⁾の卒業論文にも引用されています。

http://syllabus-…

…らは、2004年に特許出願２００４－５６７６７：ニオブを用いた固体電解コンデンサについて報告し、(54)【発明の名称】ニオブを用いた固体電解コンデンサ バルブメタルとしてニオブを用いてなる固体電解コンデンサにおいて、化成酸化皮膜にカソード材料として炭素を圧着し、これをアノードとして…と述べている⁸⁾。

ニオブコンデンサ用固体電解質のニオブアノード酸化皮膜への最適塗布条件
伊藤晋,立花和宏,仁科辰夫,遠藤孝志,尾形健明,化学系９学協会連合東北地方大会講演予稿集, p.107 (2003).

炭素を塗布したバルブメタル表面上における有機電解液酸化分解のラジカル分析
○久保篤嗣,伊藤智博,立花和宏,仁科辰夫,遠藤孝志,尾形健明,2005年電気化学秋季大会要旨集 (2005).

実験方法 > 材料＆試 > 金属材料 > バルブメ > ニオブとその化合物,バルブメタルのアノード酸化とエッチング
仁科 辰夫,卒業研究（Ｃ１-電気化学, 講義ノート, (2006).

緒言（Ｃ > Ｃ１履歴 >  【２００３年度（平成１５）卒業研究】,Ｃ１履歴
仁科 辰夫,卒業研究（Ｃ１-電気化学, 講義ノート, (2003).

◇ 緒言

背景

工業製品や材料について調べます。 研究プロジェクトに参加するのもいいでしょう。

目的

実験方法

工学部の場合、モノヅクリの研究論文ですから、準備するもの、作成手順、そして評価と述べてゆきます。評価だけの論文はあまりよくありません。 できるだけエコ研究・ＤＩＹを目指しましょう。

サンプル や 消耗品は、購入先（業者、店舗、ネット）なども示して、 表にまとまっていると読者が追試しやすいです。

準備するもの

サンプル の 履歴

作成手順

消耗品の 履歴

評価の方法

装置と 使用履歴

管理の方法

管理の方法を示してください。試作品やデータの管理の方法、リユース、リサイクルや廃棄の方法があるとありがたいです。

◇ 結果と考察

物理量（ 起電力E〔V〕など）には 単位を示しましょう。本文中に示すときは、量名と記号を示し、〔〕で単位を示します。グラフの軸や表中では、物理量を単位で割って数値のみを示しましょう。

論文は、文章が集まって段落を作り、段落が集まって、節ができ、節が集まって章ができます。 図や 表、 数式や化学式を使います。 物理量にはnomenclatureがあると良いでしょう。

研究ノート

図 （グラフ、写真）、表などを活用しましょう。

図や 表 には図題（キャプション）や表題をつけます。 図や 表の 説明にはひとつの段落を使います。

◇ 参考文献 （ 書籍 ・雑誌 ・口頭発表 ・URL ）

伊藤 晋の学会発表

• 伊藤晋,立花和宏,仁科辰夫,遠藤孝志,尾形健明..ニオブアノード酸化皮膜の絶縁特性に及ぼす熱処理雰囲気の影響.2003年電気化学秋季大会,札幌,(2003/09/11).
• 伊藤晋,立花和宏,仁科辰夫,遠藤孝志,尾形健明..ニオブコンデンサ用固体電解質のニオブアノード酸化皮膜への最適塗布条件.化学系９学協会連合東北地方大会,福島県立医科大学（福島市光が丘１）,(2003/10/11).

• 伊藤 晋. ニオブアノード酸化皮膜の絶縁特性に及ぼす熱処理雰囲気の影響. 山形大学 物質化学工学科 ,卒業論文, 2004. https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/Academic/@Thesis.asp?nThesisID=110, （参照 2021-09-23）.