2018 Fiscal Year Annual Research Report
Solving kink formation/strengthening mechanism through precise structure analyses
| Project Area | Materials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle- |
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| Project/Area Number |
18H05479
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
阿部 英司 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70354222)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
波多 聡 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (60264107)
Stefanus Harjo 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主幹 (40391263)
相澤 一也 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主席 (40354766)
上椙 真之 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主幹研究員 (20426521)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 構造科学 / 電子顕微鏡 / 大型量子線 / ３次元解析 / その場計測 / 格子欠陥（転位・回位） / 原子結合状態 / マルチスケール解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミルフィーユ構造においては，軟質マトリクス相に分散された硬質層からなる層状構造がキンク形成を誘起し，その力学特性の向上が図られる．本研究では，最先端構造計測法を駆使したキンク構造のマルチスケール精密解析により，原子構造，結合状態，転位・回位等の格子欠陥，格子ひずみ，キンク３次元形態をミクロ～マクロに渡って系統的に解明し，キンク形成・強化メカニズムに迫る．キンクはどのようにして形成され，いかにして材料強化を実現しているのか，これらを支配する「キンク素子」を見いだし，ミルフィーユ構造のキンク形成・強化メカニズム解明を目指すことである．本計画研究の成否は，キンク形成・強化の支配因子であるキンク素子・キンクダイナミクスの特定へと結びつく具体的な計測法・測定法を常にメンバー間で議論・情報共有しながら，各々が得意とする手法での実験を進めることにある．
初年度は，キンク導入Mg系ミルフィーユ構造試料を中心に実験に着手し，キンク構造の精密解析へ向けた方法論等の土台を固めた．キンクメカニズム解明へと着実に結びつけていくため，それぞれの計測法で得られたマルチスケールでの結果を系統的・総合的に解釈できるよう，A02-2内での連携を密にしながら進めた．主な成果は以下の通りである．
(1) 最先端電子顕微鏡により，ミルフィーユ構造Mg合金中のキンクの原子配列，および界面転位の３次元解析を行った．
(2) 中性子回折により，ミルフィーユ構造Mg合金中における格子歪みマクロ分配挙動を解析した．また，アコースティクエミッション(AE)同時その場計測により，格子レベルでのひずみの応答とキンク発生による弾性波情報を得た．
(3) 放射光X線回折を利用したミルフィーユ構造の3次元XRD法に関する具体的解析手法の検討，および装置光学系のセットアップを行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
電子顕微鏡によるミルフィーユ構造Mg合金中キンク分布のマルチスケール解析，およびハイブリッドその場中性子計測の結果から，キンク形成過程にある種の階層性を示唆する結果が得られつつある．現在，その詳細解析を進めてるところであるが，キンク形成が本質的にスケールフリーな現象であるとすると，キンクによる強化がMg合金のみならず普遍性を持って様々な材料へと展開可能なことが大いに期待される．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は，キンク導入Mg系ミルフィーユ構造試料および高分子系ミルフィーユ構造試料に関して，電子顕微鏡によるミクロ解析から大型量子線によるマクロ解析を有機的に連携させ，キンクメカニズム解明へと着実に結びつけていく．公募研究にて加わったセラミックス系ミルフィーユ材料創製の研究者らと密に連携を図りながら，これら試料に関する測定・解析にも着手する．マルチスケールでの 結果を系統的・総合的に解釈できるよう，A02-2計画研究内での連携を密にしながら進める．今後は特に「キンク素子」「キンクダイナミクス」の実体解明へ向けて，何を，どのように計測・解析を行えば良いのか，具体的な方法論を展開する．
(1) 最先端電子ビーム計測:(1-1)収差補正STEM法により，キンク近傍の原子配列・特異なミクロ欠陥構造と，そこに本質的に付随する元素分 布変化の高精度解析を試み，硬質層を構成する原子クラスター形成を直接観察に基づいて解析する．(1-2)キンク周辺の転位・回位といった格 子欠陥分布を，電子線トモグラフィー法によって3次元的に解析する．(1-3)CBED法により，キンク近傍の局所的な格子回転の3次元解析および局所格子ひずみ解析を，試料中同一領域に対して実施する．(2) 最先端大型量子ビーム計測:(2-1)ハイブリッド中性子回折法とAE測定を同期させ，キンク形成ダイナミクスのその場計測を実施する．また，Mg系ミルフィーユ構造試料の測定により，硬質層・軟質層に対するひずみ分配挙動の精密計測を行う．(2-2)マイクロビーム放射光(<~10 μm)を用いて，X線3Dトモグラフィー測定による結晶粒スケールでのキンク形態とひずみ分布の3次元計測を試みる.得られた結果を，電子線 トモグラフィー法の3次元解析結果と比較しながら，キンク強化を実現するミクロ素子の実体解明を目指す.
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