セラミックス粒界結合の局所EELS法による実験的評価

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450243
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 田中 功 京都大学, 大学院・エネルギー科学研究科, 助教授 (70183861)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小笠原 一禎 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10283631) ; 西谷 滋人 京都大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50192688) ; 足立 裕彦 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60029105) ; 中平 敦 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 助教授 (90172387)
• Keywords: EELS / ELNES / 電子顕微鏡 / 酸化マグネシウム / 窒化ケイ素 / DV-Xα法 / 格子静力学計算

Research Abstract

機能性セラミックスでの粒界不純物は単結晶に見られない様々な特性を導くために,本質的に重要である。構造用セラミックスにおいても,例えば窒化ケイ素では,適切な粒界不純物を導入することで粒界強度を制御し,高靱化と高強度化が達成されている。この粒界不純物の存在は古くから仮定されていたが,近年高分解能の電子顕微鏡像観察とサブナノプローブでのEELS技術により,粒界結合状態を系統的に調べることを目的として行った。
まずSiを不純物として添加したMgOセラミックス焼結体の,酸素についてはK励起端,マグネシウムおよびシリコンについてはL23励起端でのEELS実験とその理論計算によって,とくにその化学結合状態について詳細に調べた。理論計算は,2体間追いテンシャルを用いた格子静力学計算による構造をもとに,DV-Xα法による第一原理計算を原子数100前後のモデルクラスターについて行った。この計算は,本予算で購入のスーパーパーソナルコンピュータによって挙行した。その結果,理論計算で予測されたような歪んだ6配体サイトを占有するSiの存在が示唆された。また,窒化ケイ素の粒界ガラス相について多くの新しい知見を得た。
現在,上記のようなEELS実験は世界中のグループがしのぎをけずって研究に取り組んでいる。本申請者らは近年,DV-Xα法による分子軌道計算が,EELSの解釈に極めて有用であることを報告しており,この点において世界をリードしている。

Research Products

• [Publications] M.Yoshiya: "Interpretation of Si-L_<23> edge electron loss near edge structures (ELNES) from intergranular glossy film of Si_3N_4"J. Am. Ceram. Soc.. 82. 3231-3236 (1999)
• [Publications] T.Mizoguchi: "Theoretical calculation of oxygen K electron-energy-loss near-edge structures of Si-doped MgO"J. Phys. Cond. Matter.. 11. 5661-5670 (1999)
• [Publications] I.Tanaka: "First principles calculations of ELNES/NEXAFS of BN polytypes using model clusters"Phys. Rev. B. 60. 4944-4951 (1999)
• [Publications] F.Oba: "Effect of oxidation on chemical bonding around 3d transition metal inpurities in ZnO"J. Jpn. Apple. Phys.. 38. 4804-4808 (1999)
• [Publications] M.Yoshiya: "First principles caculation of chemical shifts in ELNES/NEXAFS of titanium oxides"J. Phys. Cond. Matter.. 11. 3217-3228 (1999)