セラミックス欠陥の原子構造と機能特性

• Project/Area Number: 20F20052
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 幾原 雄一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70192474)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): LIN JINGHUANG 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2020-11-13 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 原子分解能電子顕微鏡 / セラミックス / 粒界 / 酸化タングステン / 転位

Outline of Research at the Start

セラミックス材料内部に形成される粒界や転位は、実用材料やデバイスの特性に決定的な役割を果たすことが知られている．個々の欠陥における機能発現メカニズムを本質的に理解するためには、粒界・転位に形成された特殊な原子構造の解明が必要である。本研究では多様な先端走査透過電子顕微鏡法を高度に融合し、セラミックス欠陥における局所原子構造、異種元素偏析構造、電子状態を直接計測することで、欠陥における材料特性発現メカニズムの解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では最先端の原子分解能走査透過電子顕微鏡法（STEM）を用いて、セラミックス欠陥における局所原子構造を直接観察することで、その機能発現メカニズムの解明を目指す．当該年度は酸化タングステンを主な対象として研究を進めており、下記の成果が得られた．
①酸化タングステン粒界の構造解析：パルスレーザー堆積法により、YSZ（111）基板上に成長させた酸化タングステン薄膜の構造解析を行った。その結果、結晶性の高い[001]軸配向酸化タングステン膜が得られ、多様な傾角粒界が観察された。各粒界の原子構造をさらに詳細に解析した結果、粒界はタングステンで構成される特異な五員環構造と六員環構造で記述できることが明らかになった。
②酸素欠損酸化タングステン薄膜の構造解析：パルスレーザー堆積法を用いて、異なる酸素雰囲気下でLAO（001）基板上に作成された酸化タングステン薄膜について原子構造解析を行った。その結果、すべての薄膜において、特異なタングステンの五員環で形成されていることが明らかになった。また成膜時の酸素分圧の低下に伴い、五員環の密度が上昇することが確認された。環状明視野（ABF）―STEM法を用いて五員環を詳細に観察した結果、酸素欠損が確認され、このような酸素欠損五員環構造は酸化タングステンの電気伝導特性と熱伝導特性に影響することが示唆された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。