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Self-organized nanostructure-reinforced environmental barrier coatings

Research Project

Project/Area Number 20H02477
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

Ito Akihiko  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (20451635)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000)
Keywords化学気相析出 / 自己組織化 / セラミックス / 耐環境コーティング / ナノ構造制御
Outline of Research at the Start

エンジニアリングセラミックス部材がより過酷な環境において優れた信頼性を発揮するためには、部材を保護するコーティングにおいても組織設計の変革が求められている。本研究課題では、気相中での自己組織化に基づく新たな設計手法を提案する。化学気相析出法を用いた芯材強化柱状構造の自己組織化析出を実証し、その熱的・機械的特性を評価する。

Outline of Final Research Achievements

In this research project, we demonstrated the chemical vapor deposition of self-organized columnar structures, mainly in hafnium oxide (HfO2) and lutetium oxide (Lu2O3)-based materials. First, we selected Sr organometallic compound precursor to prepare SrHfO3 films. In the HfO2-MgO and HfO2-TiO2 systems, we found the formation of stoichiometric double oxides, and in the HfO2-Lu2O3 system, it was found that the crystalline phase changed continuously depending on the Hf/Lu molar ratio. We also found that self-organization occurred in the Lu2O3-MgO and Lu2O3-Al2O3 systems.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ガスタービンエンジン部材が、高温や腐食といった過酷な環境において優れた信頼性を発揮するためには、部材を保護するセラミックスコーティングにおいても材料利用や組織設計の変革が求められている。本研究課題では、酸化ハフニウム系や酸化ルテチウム系材料に着目し、気相中での自己組織化に基づく新たなセラミックスコーティングの設計手法を提案する。これらの材料は、融点が高く製造が難しいことから研究が進んでいない。一方、コーティング内部にナノ構造を作りこむ手法は、既存のコーティング手法では達成しえない技術である。本研究成果は、内燃機関の熱効率向上を通じてカーボンニュートラル社会の実現に貢献する。

Report

(5 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (128 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (15 results) (of which Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 9 results) Presentation (110 results) (of which Int'l Joint Research: 23 results,  Invited: 7 results) Book (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] HfTiO4 transparent thick film phosphors activated with Eu3+, Dy3+, and Tb3+ ions2024

    • Author(s)
      Yuka Hashimoto, Akihiko Ito
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 366 Pages: 136558-136558

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2024.136558

    • Related Report
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 透明セラミックス結晶の高効率製造2024

    • Author(s)
      伊藤暁彦
    • Journal Title

      月刊機能材料

      Volume: 3

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      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Surface Modification by Chemical Vapor Deposition for Highly Functional Materials2023

    • Author(s)
      Ito Akihiko
    • Journal Title

      Journal of the Society of Powder Technology, Japan

      Volume: 60 Issue: 12 Pages: 754-759

    • DOI

      10.4164/sptj.60.754

    • ISSN
      0386-6157, 1883-7239
    • Year and Date
      2023-12-10
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] High-Speed Epitaxial Growth of Terbium- and Europium-Doped Yttrium Aluminum Perovskite Thick Film Phosphors Using Laser-Assisted Chemical Vapor Deposition2023

    • Author(s)
      Y. Mitsuhashi, S. Matsumoto, A. Ito
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 64 Issue: 6 Pages: 1107-1111

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-ME2022001

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Year and Date
      2023-06-01
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    • Author(s)
      Matsumoto Shogen、Kurosawa Shunsuke、Yokoe Daisaku、Kimura Teiichi、Ito Akihiko
    • Journal Title

      Optical Materials

      Volume: 138 Pages: 113674-113674

    • DOI

      10.1016/j.optmat.2023.113674

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    • Author(s)
      Mitsuhashi Yuri、Matsumoto Shogen、Ito Akihiko
    • Journal Title

      Journal of the American Ceramic Society

      Volume: 106 Issue: 9 Pages: 5140-5146

    • DOI

      10.1111/jace.19176

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    • Author(s)
      Shogen Matsumoto, Taiga Watanabe, Akihiko Ito
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 34 Issue: 2 Pages: 669

    • DOI

      10.18494/SAM3698

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • Year and Date
      2022-02-21
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    • Author(s)
      Matsumoto Shogen、Ito Akihiko
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 19319-19319

    • DOI

      10.1038/s41598-022-23839-w

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      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Chemically vapor deposited oxide-based thick film scintillators2022

    • Author(s)
      Ito Akihiko、Matsumoto Shogen
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Issue: 1 Pages: 010612-010612

    • DOI

      10.35848/1347-4065/aca249

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Chemical vapor deposition of highly oriented ceramic coatings in a high-intensity laser irradiation2021

    • Author(s)
      Akihiko Ito
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 129 Issue: 11 Pages: 646-653

    • DOI

      10.2109/jcersj2.21135

    • NAID

      130008110397

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • Year and Date
      2021-11-01
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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Precursor selection for metal–organic chemical vapor deposition of SrHfO<sub>3</sub> films with Sr(dpm)<sub>2</sub> and Sr(hfa)<sub>2</sub>2021

    • Author(s)
      S. Fujie, A. Ito
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 129 Issue: 1 Pages: 17-21

    • DOI

      10.2109/jcersj2.20157

    • NAID

      130007965511

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • Year and Date
      2021-01-01
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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Preparation of HfO<sub>2</sub>–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> nanocomposite films using chemical vapor deposition2021

    • Author(s)
      S. Matsumoto, A. Ito
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 129 Issue: 1 Pages: 1-6

    • DOI

      10.2109/jcersj2.20156

    • NAID

      130007965510

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • Year and Date
      2021-01-01
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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Photo- and Radioluminescence Properties of Ce3+-doped Lu3Al5O12 Thick Film Grown by Chemical Vapor Deposition2021

    • Author(s)
      S. Matsumoto, A. Minamino, A. Ito
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: -

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      2020 Annual Research Report
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  • [Journal Article] High-speed Epitaxial Growth of M-type Strontium Hexaferrite Films on Sapphire using Metal-Organic Chemical Vapor Deposition and Their Magnetic Property2020

    • Author(s)
      K. Kato, R. Watanuki, A. Ito
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 274 Pages: 128046-128046

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2020.128046

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  • [Journal Article] High-speed epitaxial growth of Y3Fe5O12 thick film with high magnetization on (4 2 0) Y3Al5O12 substrate using metal-organic chemical vapor deposition2020

    • Author(s)
      Aida Honoka、Watanuki Ryuta、Ito Akihiko
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 276 Pages: 128228-128228

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2020.128228

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  • [Presentation] Chemically vapor deposited YAG-alumina eutectic system with ordered structures2024

    • Author(s)
      A. Ito
    • Organizer
      48th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites (ICACC 2024)
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  • [Presentation] 化学気相析出法により合成したCe3+添加Gd3Al5O12膜の発光特性評価2023

    • Author(s)
      出口結美子, 伊藤暁彦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
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  • [Presentation] 自立型HfO2厚膜蛍光体の高速化学気相析出2023

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      橋本優花, 伊藤暁彦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
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  • [Presentation] 化学気相析出法により合成したアルミナ-アルミニウムガーネット共晶系膜の相分離構造2023

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      伊藤暁彦, 三觜佑理, 松本昭源
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
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  • [Presentation] Epitaxial growth of Ce3+:Gd3Al5O12 thick film phosphor using chemical vapor deposition and their luminescence properties2023

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      Y. Deguchi, A. Ito
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      12th Advanced Lasers and Photon Sources Conference (ALPS2023)
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  • [Presentation] Preparation of rare-earth-ion doped HfTiO4 transparent films using laser chemical vapor deposition2023

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      Y. Hashimoto, A. Ito
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      12th Advanced Lasers and Photon Sources Conference (ALPS2023)
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    • Author(s)
      T. Nakayama, A. Ito
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      12th Advanced Lasers and Photon Sources Conference (ALPS2023)
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      Akihiko Ito, Shogen Matsumoto
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      出口結美子, 伊藤暁彦
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      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
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      橋本優花, 伊藤暁彦
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      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
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      中山龍幸, 伊藤暁彦
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      N. Fujimura, A. Ito
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      N. Yamaguchi, J. Tatami, A. Ito
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      R. Fuseya, A. Ito
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      A. Shikichi, A. Ito
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      YNU International Symposium 2023
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  • [Presentation] Effect of deposition time on microstructure of α-Al2O3-Lu3Al5O12 composite films prepared by CVD2023

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      N. Fujimura, A. Ito
    • Organizer
      YNU International Symposium 2023
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Differences in microstructure of Al2O3-Yb3Al5O12 composite grown by CVD and μ-PD methods2023

    • Author(s)
      N. Imai, S. Kurosawa, D. Matsukura, A. Yamaji, A. Ito
    • Organizer
      YNU International Symposium 2023
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  • [Presentation] Epitaxial growth of yttria stabilized hafnia film using chemical vapor deposition2023

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      R. Urata, A. Ito
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  • [Presentation] Epitaxial growth of TiN films using laser chemical vapor deposition and their elastic moduli2023

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      N. Yamaguchi, J. Tatami, A Ito
    • Organizer
      YNU International Symposium 2023
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Preparation of molybdenum dioxide films on Si substrates by laser chemical vapor deposition2023

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      T. Akiyama, D. Sato, H. Tajima, A. Ito
    • Organizer
      YNU International Symposium 2023
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  • [Presentation] Effect of deposition temperature on the preparation of gallium oxide films via chemical vapor deposition2023

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      T. Oga, A. Ito
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  • [Presentation] 超温度場CVDを利用した高速エピタキシャル成長と秩序構造の形成2023

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      伊藤暁彦, 三觜佑理, 松本昭源
    • Organizer
      日本金属学会2023年秋期 (第173回) 講演大会
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      今井菜摘、黒澤俊介、松倉大佑、山路晃広、伊藤暁彦
    • Organizer
      第17回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
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      藤村尚輝、伊藤暁彦
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      超温度場夏の学校 若手研究交流会
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      A. Ito, Y. Mitsuhashi, Y. Deguchi
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    • Publisher
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    • Author(s)
      伊藤暁彦
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      560
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      4254252730
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    • URL

      https://itonium.net/ynu/

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Published: 2020-04-28   Modified: 2025-01-30  

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