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異種元素添加アルミナ結晶粒界の原子構造と形成雰囲気依存性

Research Project

Project/Area Number 18J23175
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical properties of metals/Metal-base materials
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

石原 佐季  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
KeywordsSTEM / 粒界 / アルミナ / 透過型電子顕微鏡 / 原子分解能 / 粒界偏析 / TEM / 添加元素 / 微細構造制御 / セラミックス / 双結晶
Outline of Annual Research Achievements

アルミナ多結晶体中にはしばしば,微量の不純物元素が存在しこれらの不純物元素は粒界近傍に偏析する傾向にあり,粒界偏析現象は諸特性と密接に関係しているため,不純物が偏析した場合の粒界構造について原子レベルで理解することは重要な研究課題である.アルミナの代表的な不純物元素であるSiは異常粒成長を引き起こす元素であり,異常粒成長の発生には粒界ファセットの形成が関与していると考えられている.しかしながら,粒界ファセットの形成メカニズムについてはわかっていない.本研究では,双結晶法によりモデル粒界を作製し,走査透過型電子顕微鏡 (STEM) およびSTEM-EDS (エネルギー分散型X線分光器), STEM-EELS (電子エネルギー損失分光法) により,無添加およびSi添加粒界における粒界原子構造やSiの存在する原子サイトを明らかにした.その結果,Si添加粒界では,Siは粒界近傍に偏析し,特定の面を粒界面とする粒界ファセットが形成されていることが分かった.また,STEM観察結果から,粒界ファセットの形成には,Siが粒界に形成する特徴的な原子構造が関与していることが示唆された.粒界ファセットの形成は粒成長挙動と深く関係していると考えられており,本研究で得られた知見は,アルミナ多結晶体における粒成長変化のメカニズムを理解する上で基礎的で重要な知見であると考えられる.また,前年度までの研究結果を踏まえ,新たに二つの粒界性格の異なる粒界を双結晶法により作製し,その粒界構造を原子レベルで明らかにした.併せて,第一原理計算を行い,得られた実験像が第一原理計算で予測された原子構造によく一致することを明らかにした.

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Atomic structures of Ti-doped α-Al2O3 Σ13 grain boundary with a small amount of Si impurity2020

    • Author(s)
      Saki Ishihara, Eita Tochigi, Ryo Ishikawa, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • Journal Title

      Journal of the American Ceramic Society

      Volume: 103 Issue: 12 Pages: 6659-6665

    • DOI

      10.1111/jace.17441

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Si添加アルミナΣ13粒界における粒界ファセット形成2020

    • Author(s)
      石原佐季, 北原優樹,栃木栄太, 柴田直哉, 幾原雄一
    • Organizer
      日本金属学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Si添加アルミナ粒界における偏析現象と粒界ファセット2020

    • Author(s)
      石原佐季, 北原優樹,栃木栄太, 馮斌,柴田直哉, 幾原雄一
    • Organizer
      公益社団法人セラミックス協会2020年年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] アルミナにおける表面ファセッティング現象と添加元素の影響2019

    • Author(s)
      石原佐季, 栃木栄太, 柴田直哉, 幾原雄一
    • Organizer
      公益社団法人セラミックス協会2019年年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Ti添加アルミナΣ13粒界における不純物元素の影響2019

    • Author(s)
      石原佐季, 栃木栄太, 柴田直哉, 幾原雄一
    • Organizer
      日本金属学会2019年秋季講演大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of Additives on the surface morphology of α-alumina2019

    • Author(s)
      S. Ishihara, E. Tochigi, N. Shibata and Y. Ikuhara
    • Organizer
      The Eleventh International Conference on High-Performance Ceramics
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Additives’ effects on the surface morphology of α-alumina2019

    • Author(s)
      S. Ishihara, E. Tochigi, N. Shibata and Y. Ikuhara
    • Organizer
      XVI International Conference on Intergranular and Interphase Bondaries in Materials
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アルミナにおける表面ファセッティング現象と添加元素の影響2019

    • Author(s)
      石原佐季,栃木栄太,柴田直哉,幾原雄一
    • Organizer
      公益社団法人セラミックス協会2019年年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] アルミナ(0001)オフカット表面構造に与える添加元素の影響2018

    • Author(s)
      石原佐季,栃木栄太,柴田直哉,幾原雄一
    • Organizer
      日本金属学会秋季講演大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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