融体のガラス転移のその場観察

• Project/Area Number: 15074213
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 森 博太郎 Osaka University, 超高圧電子顕微鏡センター, 教授 (10024366)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西山 信行 次世代金属複合材料研究開発協会, 東北大学研究室, グループリーダー
• Project Period (FY): 2003 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥46,100,000 (Direct Cost: ¥46,100,000); Fiscal Year 2007: ¥4,700,000 (Direct Cost: ¥4,700,000); Fiscal Year 2006: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2005: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000); Fiscal Year 2004: ¥13,600,000 (Direct Cost: ¥13,600,000); Fiscal Year 2003: ¥15,400,000 (Direct Cost: ¥15,400,000)
• Keywords: アモルファス / 電子顕微鏡 / ナノ粒子 / ガラス遷移 / 共晶温度 / メゾスコピック系 / 金属物性 / 結晶工学 / サイズ効果 / 熱膨張率 / ガラス形成能 / 双源蒸着装置

Research Abstract

本研究者は、これまでに、適切に選ばれた組成を有する共晶系合金ナノ粒子においては、融体の急冷ではなくて徐冷(放冷)によってもアモルファス固体が得られることを明らかにしている。この現象の原因を究明するために、共晶温度に対するサイズ効果、ならびに、合金ナノ粒子において徐冷によってもアモルファス固体が得られる条件、を調べた。まず、電子顕微鏡法を用いて合金ナノ粒子ににおける共晶温度の低下を粒子サイズの函数として調べた。合金の共晶温度は純物質の融点よりも強い粒子サイズ依存性を持つことがわかった。この一つの理由としては、共晶合金における異相界面の効果が挙げられる。表面エネルギーのほかに二固相異相界面エネルギーの効果によって液相単相状態が安定され、その結果、共晶温度は純物質の融点に比べ、強い粒子サイズ依存性を示すと考えられる。次に、ガラス遷移温度Tgの粒子サイズ依存性を調べた。室温で形成したAu-Sn系アモルファス合金ナノ粒子を加熱するとアモルファス中に見られるソルト・ペパーコントラストはその濃淡位置をゆるやかに変動させていた。さらに粒子を加熱すると、結晶化することなく液体に変化した。また、室温にまで冷却(徐冷)するとそのままアモルファスに戻った。ここで、アモルファスが液体に変わる温度範囲はサイズが異なる二つの粒子(直径5.5nmと4nm)において殆ど差がなかった。これより、Tgは粒子サイズにほとんど依存しないことが分かった。以上より次の考察が導かれた。粒子サイズの減少とともに、共晶温度は低下し、ある臨界粒子サイズにおいてガラス遷移温度Tgにいた。この臨界サイズより小さなサイズの合金ナノ粒子では、Tg>Tとなる温度範囲にわたっては、アモルファス固体が出現する。これが、合金ナノ粒子において徐冷(放冷)によってもアモルファス固体が形成される原因である。

Research Products

• [Journal Article] In Situ High -Resolution Transmission Electron Microscopy in the Study of Nanomaterials and Properties (2008)
  • Author(s): J. M., Howe
  • Journal Title: MRS BULLETIN 33(2) Pages: 115-121
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TEM Studies on Phase Stability in Nanometer-sized Alloy Particles (2007)
  • Author(s): J-G.Lee, H.Mori
  • Journal Title: Solid State Phenomena 127号 Pages: 135-139
• [Journal Article] Effect of substrates on the melting temperature of gold nanoparticles (2007)
  • Author(s): J.Lee, T.Tanaka, J-G.Lee, H.Mori
  • Journal Title: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry 31巻 Pages: 105-111
• [Journal Article] In Situ HREM Study on Structural and Morphological Changes in Nanometer-sized Silver Particles on Graphite during Sublimation (2006)
  • Author(s): J-G.Lee, H.Mori
  • Journal Title: Proc. 16th International Microscopy Congress 3巻 Pages: 1184-1184
• [Journal Article] Enhancement of Solid Solubility in Isolated Nanometer-sized Alloy Particles in the Sn-Pb System (2006)
  • Author(s): J-G.Lee, H.Mori
  • Journal Title: Proc. 16th International Microscopy Congress 3巻 Pages: 1251-1251
• [Journal Article] Electron-irradiation-induced Sputtering of Gold Atoms from Isolated Nanometer-sized Particles of Al_2Au (2006)
  • Author(s): J-G.Lee, H.Mori
  • Journal Title: Proc. 16th International Microscopy Congress 3巻 Pages: 1253-1253
• [Journal Article] In Situ HREM Observation of Crystalline-to-Gas Transition in Nanometer-sized Ag Particles (2006)
  • Author(s): J.-G.Lee, J.Lee, T.Tanaka, H.Mori
  • Journal Title: Physical Review Letters 96 Pages: 75504-75504
  • NAID: 10017153176
• [Journal Article] Alloy Phase Formation in Isolated Nanometer-sized Particles in the Sn-Pb System (2005)
  • Author(s): H.Mori, J.-G.Lee
  • Journal Title: Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials 24-25 Pages: 565-565
• [Journal Article] In Situ High-resolution Electron Microscope Observation of Phase Change in Nanometer-sized Alloy Particles (2005)
  • Author(s): J.-G.Lee., H.Mori., H.Yasuda
  • Journal Title: Journal of Materials Research 20 Pages: 1708-1708
• [Journal Article] Solid Solubility in Isolated Nanometer-sized Alloy Particles in the Sn-Pb System (2005)
  • Author(s): J.-G.Lee, H.Mori
  • Journal Title: The European Physical Journal D 34 Pages: 227-227
• [Journal Article] Microstructure in Isolated Nanometer-sized Alloy Particles in the Solid/Liquid Two-phase Region (2005)
  • Author(s): H.Mori, J.-G.Lee
  • Journal Title: Proc.12th International Symposium on Metastable and Nan Materials
• [Journal Article] Alloy Phase Formation in Isolated-Nanometer-sized Particles (2005)
  • Author(s): H.Mori, J.-G.Lee
  • Journal Title: Proc.International Conference on Solid-Solid Phase Transformations in Inorganic Materials Pages: 22-22
• [Journal Article] Solid/liquid two-phase structures in isolated nanometer-sized alloy particles (2004)
  • Author(s): J.-G.Lee, H.Mori
  • Journal Title: Physical Review B70
• [Journal Article] Electron-irradiation-induced Sputtering of Gold Atoms from Isolated Nanometer sized Particles of Al_2Au (2004)
  • Author(s): J.-G.Lee, H.Mori
  • Journal Title: Science and Technology of Advanced Materials 5 Pages: 51-55
• [Presentation] Electron-irradiation-induced silicide formation on Pt-nanoparticles embedded in amorphous SiOx matrix (2007)
  • Author(s): H., Mori
  • Organizer: The 14th International Symposium on Metastable and Nano Materials
  • Place of Presentation: Dassia Chandris Hotel, Greece
  • Year and Date: 2007-08-27
• [Presentation] In Situ TEM Study of the Characteristics in Nanometer-sized Alloy Particles (2007)
  • Author(s): J.G., Lee
  • Organizer: The 17th International Offshore and Polar Engineering Conference
  • Place of Presentation: Corinthia Lisboa Hotel, Lisbon
  • Year and Date: 2007-07-03
• [Presentation] TEMその場観察による微細組織形成プロセスの解析 (2007)
  • Author(s): 森 博太郎
  • Organizer: The 14th Symposium on Microjoining and Assembly Technology in Electronics
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2007-02-05
• [Book] Alloy Physics 第9章(分担執筆) (2007)
  • Author(s): H.Mori, J-G.Lee
  • Total Pages: 34
  • Publisher: WILEY-VCH
• [Publications] 森 博太郎: "アモルファス生成における電子照射効果とサイズ効果"日本金属学会シンポジウム予稿「エネルギービーム利用によるナノ材料プロセスと新規材料開発. 18-21 (2004)
• [Publications] J-G.Lee: "Electron-irradiation-induced sputtering of gold atoms from isolated nanometer-sized particles of Al_2Au"Science and Technology of Advanced Materials. (印刷中). (2004)