超緻密窒化物セラミックスの合成と超硬質化メカニズムの解明
| Project/Area Number |
23K23039
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| Project/Area Number (Other) |
22H01771 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
丹羽 健 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40509030)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
劉 崢 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (80333904)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
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| Keywords | 超高圧合成 / 窒化物セラミックス / ダイアモンドアンビルセル / 多窒化物 / セラミックス / 窒化物 / 硬質材料 / 超高圧力 / ダイヤモンドアンビルセル |
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| Outline of Research at the Start |
SiN2は2017年に申請者の所属する研究グループが合成に成功した，全く新しい窒化物セラミックスである．合成には超高圧環境が必要であるが，常圧下に回収することができるので各種の分析手法が適応可能である．また，その結晶格子の体積弾性率は既存のSi3N4より高く，硬質性セラミックスとしての応用が期待される．しかし，多結晶焼結体の特性を詳細に理解は乏しい．そこで本研究では，SiN2のバルク焼結体を合成し，透過電子顕微鏡による界面の原子配列の直接観察とナノインデンテーションによる押し込み硬さ測定から，新規に創製されたSiN2の原子およびバルクの超硬質性の解明し，新しい材料科学を展開を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
電子材料や構造材料の重要性が増すにつれ，優れた硬質性を有する材料開発が求められている．機能性セラミックス材料には多結晶体を用いる場合が多く，その機能は結晶粒内の物性と，結晶粒界・界面の物性に強く依存する．その両者を大きく変化させることができる物質合成手法として超高圧合成法がある．数万気圧下における物質合成では，空隙が限りなくゼロに近い緻密な焼結体の合成が実現できるほかに，結晶構造が高圧下で安定な高密度相をとるという特徴がある．そこで，本研究では，単結合窒素を有する二窒化物（AN2）を超高圧下で合成し，その粒界・界面における原子配列と硬質性の相関を解明することを目的とする．具体的には，共有結合性の強い14族元素窒化物や常圧下に準安定的に回収可能な遷移金属の二窒化物を対象とする．研究初年度は，物質合成環境の整備に注力した．具体的には既に当研究室に設置されている赤外レーザー加熱光学系に，高速で温度測定が可能な輻射分光測温システムを組み込んだ．超高圧下における合成温度を正確に評価することは，合成条件や合成物の組織を観察する上で非常に重要となる．特に本研究で対象としている物質の合成温度は超高圧下で2500 K以上であると思われるが，温度の時間依存性や温度勾配を制御することができれば，界面や粒界の解析に適した良質な組織の物質が合成できると期待される．昨今の社会情勢を反映して，物品の納入に時間がかかり，まだ本格的な稼働テストまで実施できていないが，次年度以降早急に進める予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
機器の選定および納品に時間がかかった．その後，周辺物品も揃い，既設の光学系の最適化の目処も付いたので，次年度早々装置に組み込むことで稼働テストを行う．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度の早い段階で高温高圧合成システムの構築は終了する予定である．それと並行して，サファイア基板上に金属膜を蒸着し，50-100 GPaでの合成実験を予定している．合成物の評価はラマン散乱測定，XRD測定，およびナノインデンテーションを予定しており，既に予備実験をおこない，ナノインデンテーションを用いた研究を推進している研究者と連絡をとり進めている．おそらく年度半ばくらいから電子顕微鏡による界面や粒界の観察も行うことが可能と思われるので，電子顕微鏡を専門にしている共同研究者の劉博士と密接に連携して進めていく予定である．
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
