| Project/Area Number |
22K18878
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
ANDO Daisuke 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50615820)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | セラミックス / 光塑性効果 / 双晶界面 / 相変態 / ディフェクトエンジニアリング / 二次元欠陥 / 耐熱材料 |
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| Outline of Research at the Start |
低炭素化社会のカギとなる次々世代の耐熱材料は高融点で耐酸化性が良いセラミックスでしか成し遂げられないが、高温で高強度な材料は室温で脆くて壊れやすい。一般的に、セラミックスは脆いと認識されているが、実は、1970年代には、セラミックスの光塑性効果が発見されており、特定波長の光照射によりセラミックスを金属と同様な高延性材料に変化させる事が可能である事が示されていた。本研究では、50年来謎であるセラミックス中の転位の動き易さを阻害する要因の除去方法を光照射でなく、意図的な二次元欠陥を調質するディフェクトエンジニアリングにより達成し、セラミックスは脆いという固定概念を打ち破ることに挑戦する。
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| Outline of Final Research Achievements |
This study challenges the stereotype that ceramics are brittle by achieving the photoplastic effect in ceramics through defect engineering, in which intentional two-dimensional defects are tempered. As a result, it was found that Cr-doped Al2O3 films can be plastically deformed while producing numerous stacking defects. However, since the amount of plastic deformation was slight, we searched for other Al-based oxides and found that strontium aluminate (SrAl2O4), which is famous as a phosphor, can be quasi-elastically deformed by moving the twin interface, and we further improved its performance by controlling the phase stability by adding Ba The performance was further improved by controlling the phase stability with the addition of Ba.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
SDGsが提唱する低炭素化社会は熱機関の高温化で成し遂げられる。次々世代の耐熱材料は高融点で耐酸化性が良いセラミックスでしか成し遂げられない。しかし、高温で高強度な材料は室温で脆くて壊れやすいという欠点を持つ。この欠点を克服した軽量セラミックス創製に挑戦した。結果、Cr添加Al2O3膜は多数の積層欠陥を生じながら塑性変形が可能であることが明らかになった。一方で、その塑性変形量はわずかであったので、他のAlベースの酸化物を探索し、蛍光体で有名なアルミン酸ストロンチウム（SrAl2O4）が双晶界面を移動させることで擬弾性変形し、Ba添加することで相安定性を制御することでその性能をさらに向上させた。
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