Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
ハイエントロピー合金は、優れた強度・延性などから大きな期待が寄せられ、研究が大きな盛り上がりを見せている。特性を向上させる上で微視的に構造を明らかにする事は不可欠である。多種類の元素がランダムに配置しているため、従来の回折実験で平均的な格子構造に関する情報は得られるが、各元素の特徴に由来する情報が得られない。そこで本研究では、EXAFS(広域X線吸収微細構造)などの測定により、特定の元素に着目して2原子間の相関関係を調べる事で、ハイエントロピー合金における局所的な格子構造や構成元素の特徴を実験的に明らかにする。
多種類の元素が等しい比率で混合されたハイエントロピー合金は、優れた物性から近年注目を集めている。元素間相互作用によって局所的に格子が歪んでいると考えられ、力学的特性等にも大きな影響を与える事が理論的に示唆されていた。格子構造を回折により調べる事が多いが、格子の平均構造しか分からない。そこで代表的な合金であるCrCoNiについて広域X線吸収微細構造（EXAFS）によって局所構造を調べた。各元素の吸収端においてEXAFSを測定し、各元素周りの局所構造に関するデバイ・ワラー因子を見積もった。熱処理時間が短い場合、各元素は比較的ランダムに配置していると考えられるが、この場合、Crのデバイ・ワラー因子は大きな値を取り、Niは値が小さくなる事が分かった。Niは周囲の格子構造と調和したホスト的な元素であり、Crは周囲の格子構造を乱すゲスト的な特徴を持つ事を示している。CrCoNiにおける各元素の原子変位量について第一原理計算が行われており、原子番号の順に小さくなっていく事が示唆されている。原子変位が大きくなると、その元素周りの格子構造が局所的に乱れていくと考えられ、得られた実験結果と傾向が一致している。元素間相互作用は元素の種類に依存するが、短時間の熱処理では元素配置がランダムになるため、元素間相互作用が比較的強いCrが大きな原子変位を起こすと考えられる。熱処理時間を長くした場合についても調べたが、各元素のデバイ・ワラー因子が収束していく事が分かった。熱処理時間が長い場合、元素間相互作用によって局所的な元素配置が最適化される。元素間相互作用が互いにバランスされているため、元素間相互作用が原子変位を引き起こす直接的な駆動力ではなくなり、原子変位の元素差がなくなったと考えられる。得られた結果について論文として出版した。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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AIP Advances
Volume: 11 Issue: 12 Pages: 125216-125216
10.1063/5.0072766
Commun. Mater.
Volume: - Issue: 1 Pages: 49-49
10.1038/s43246-021-00152-z
Adv. Funct. Mater.
Volume: - Issue: 29 Pages: 2102275-2102275
10.1002/adfm.202102275
Physical Review B
Volume: 102 Issue: 21 Pages: 214504-214504
10.1103/physrevb.102.214504
http://www-gmr.phys.sci.osaka-u.ac.jp/
