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Theoretical development of super-ductile, super-tough, and super-strong high entropy ceramics

Research Project

Project/Area Number 22KF0241
Project/Area Number (Other) 22F22056 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section外国
Review Section Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

尾方 成信 (2023)  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20273584)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) ZHANG SHIHAO  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 外国人特別研究員
Host Researcher 尾方 成信 (2022)  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20273584)
Foreign Research Fellow ZHANG SHIHAO  大阪大学, 基礎工学研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywordsセラミックス材料 / 分子動力学解析 / ニューラルネットワーク / 原子間相互作用 / 力学特性 / ナノインデンテーション / 相変態
Outline of Research at the Start

RocksoltおよびAlB2六方構造のセラミックス材料を題材とし、多種元素を含有させる多元素化(高エントロピー化)により、高延性・高靱性・高強度を示す、構造用セラミックス材料を設計する。設計は理論設計により実施し、第一原理計算および機械学習を駆使して行う。

Outline of Annual Research Achievements

多元素化による優れた機械的特性を有するセラミックス材料を原子レベルから定量的かつ非経験的に設計するために不可欠である、ニューラルネットワーク原子間相互作用を作成するための基本的な技術を構築した。具体的には、ニューラルネットワークを学習させる際に必要である、第一原理計算をベースに構築するトレーニングデータセットの効率的な生成方法の開発を行った。そして、それを用いてジルコニアセラミックス材料の相変態や変形などの特性を首尾良く表現するニューラルネットワーク原子間相互作用を構築した。本ポテンシャルは、第一原理計算を学習しており、これまでの経験的なポテンシャルでは表現できない、フェーズダイヤグラムや、フォノン分散、相変態のパスやエネルギー障壁、界面の構造や運動などが第一原理計算の精度で再現することができる。この成果をまとめた論文を執筆し、論文が出版された。なお、この研究はフランスのグループとの国際共同研究により実施したものであり、論文執筆もフランスのグループと共同で実施した。さらには、ZnO、 GaN、SrTiO3について原子間相互作用を作成した。そして、作成した原子間相互作用を用いて、ナノインデンテーション力学試験の分子動力学解析を実施し、ナノインデンテーション実験と比較し、非常によく実験を再現することが確かめられた。また実験では得られない、インデンテーション力学試験中の転位の時間発展を獲得することができた。特別研究員は主に原子間相互作用の作成および解析を実施し、受入研究者は理論面を担当した。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2024 2023

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Highly efficient and transferable interatomic potentials for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si28.svg" display="inline" id="d1e1011"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math>-iron and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" altimg="si28.svg" display="inline" id="d1e1016"><mml:mi>α</mml:mi></mml:math>-iron/hydrogen binary systems using deep neural networks2024

    • Author(s)
      Zhang Shihao、Meng Fanshun、Fu Rong、Ogata Shigenobu
    • Journal Title

      Computational Materials Science

      Volume: 235 Pages: 112843-112843

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2024.112843

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A deep-neural network potential to study transformation-induced plasticity in zirconia2024

    • Author(s)
      Zhang Jin-Yu、Huynh Ga?l、Dai Fu-Zhi、Albaret Tristan、Zhang Shi-Hao、Ogata Shigenobu、Rodney David
    • Journal Title

      Journal of the European Ceramic Society

      Volume: 44 Issue: 6 Pages: 4243-4254

    • DOI

      10.1016/j.jeurceramsoc.2024.01.007

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Direct Observation of Vacancy‐Cluster‐Mediated Hydride Nucleation and the Anomalous Precipitation Memory Effect in Zirconium2023

    • Author(s)
      Liu Si‐Mian、Zhang Shi‐Hao、Ogata Shigenobu、Yang Hui‐Long、Kano Sho、Abe Hiroaki、Han Wei‐Zhong
    • Journal Title

      Small

      Volume: 19 Issue: 52 Pages: 2300319-2300319

    • DOI

      10.1002/smll.202300319

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Pile-up Behavior of Dislocation Loops Punched Out by Nanoindentation in Wurtzite-type Ceramics2024

    • Author(s)
      Shihao Zhang, Shigenobu Ogata
    • Organizer
      TMS2024
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Machine Learned Interatomic Potential for Atomic Simulation of Dislocation in Ceramics2023

    • Author(s)
      Shihao Zhang, Shigenobu Ogata
    • Organizer
      2023 MRS Fall Meeting
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of Data-Driven Interatomic Potential for Plasticity Analysis of Zinc Oxide Ceramics2023

    • Author(s)
      Shihao Zhang, Yan Li, Eita Tochigi, Atsutomo Nakamura, and Shigenobu Ogata,
    • Organizer
      2023 MRS Spring Meeting
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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