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2017 Fiscal Year Research-status Report

高圧を利用したシンクロLPSOの形成機構の研究

Research Project

Project/Area Number 16K06706
Research InstitutionEhime University

Principal Investigator

松下 正史  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 准教授 (90432799)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 阿部 英司  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70354222)
大藤 弘明  愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 教授 (80403864)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsマグネシウム合金 / 高圧合成 / 長周期構造
Outline of Annual Research Achievements

ナノスケールで硬いlayerと柔らかいlayerが交互に積み重なった構造のキンク変形は、材料の機械特性を向上させる。特にキンク変形に伴う高強度化機構を有するシンクロLPSO(long-period stacking order (LPSO) synchronized with chemical concentration)はマグネシウム(Mg)合金の強度を大きく更新するBreak throughをもたらした。本研究では、Mg-Zn-Y内のシンクロ型LPSOの形成過程を明らかにすること、ならびに、シンクロ型LPSOと類似した層状構造を有し、尚且つMgのhcp格子と整合な超格子をMg合金中に発見することの二点を目的としている。
(1)シンクロ型LPSOの形成過程
その場X線回折実験と、第一原理計算の組み合わせにより、形成過程を明らかした。Mgの2H構造が、ZnとYの侵入、さらには熱エネルギーを受けて不安定化し18Rへの相転移が発生する。さらに、積層欠陥にSuzuki効果によってZnとYが析出することで化学変調と構造変調がシンクロすることを明らかにした。本内容は現在論文投稿中である。
(2)シンクロ型LPSOと類似した層状構造物質の探索
マグネシウムのhcp(2H)格子と整合な新しい長周期超格子(long-period superlattice: LPSL)を発見し、Scanning electron-transmission electron microscope (STEM)を用いた観察によってその構造詳細を明らかにした。発見された相は、規則GPゾーンに類似した3 layerからなるMg-Zn-Ybと、Mgからなる1 layerを加えた4 layerを1周期とする新奇なLPSLであることを明らかにした。本研究成果はScripta Materialiaにて発表された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的は(1)シンクロLPSO構造の形成過程の解明、ならびに(2)シンクロ型LPSOと同様なミルフィーユ構造を持つ新奇な相の探索の二点である。それぞれの目標に対し、着実に成果を上げてきている。各目標について進捗状況を以下に記す。
(1)シンクロLPSOの形成過程の解明
X線回折と、電子顕微鏡観察の結果より、Mgの2H格子中にZnとYが侵入することにより、2H格子が膨張、その後、Mgの2Hは不安定化し、18Rへの相転移が起こることを明らかにした。本結果は、2012年に論文発表された第一原理計算の結果と一致する。また、18Rが形成されるとSuzuki効果により、積層欠陥部にZnとYが濃化することを第一原理計算によって説明した。上述の研究によって形成過程のシナリオに新たな知見をもたらすことができたと考えており、すでに論文投稿済みである。以上の点より、順調に進んでいると考えている。
(2)シンクロ型LPSOと類似した層状構造物質の探索
本科研費に支えられた研究によって、Mg-Zn-Yb系で二種類の新奇な超格子を発見し、Scripta Materialia誌上で2報報告している。Mg layerとMgZnYb layerが交互に並ぶ層状超格子である。現在は本物質群の拡大を最終目的に形成のクライテリアの明確化に取り組んでいる。本研究についても計画通り順調に進んでいると考えている。

Strategy for Future Research Activity

研究計画の変更や研究遂行上問題となる課題は上がってきていない。これまでに本研究で得た知見をベースに本学術分野をより高めていくことを目標に研究を展開する。
(1)シンクロLPSO構造の形成過程の解明については、実験的、理論的研究によって得られたシナリオをどれだけ多くの人に認めてもらえるかにかかっている。本年度7月にはフランスで開催されるThermec2018で招待講演の機会があり、その場で上記シナリオの正当性について訴えていく予定である。
(2)シンクロ型LPSOと類似した層状構造物質の探索では、これまでに見つけた2種類から得られた知見をベースにさらに物質群を拡大していく予定である。

Causes of Carryover

1. 次年度使用額が生じた理由
LCCの利用等により、学会発表旅費が軽減されたためである。
2. 使用計画
高圧合成に必要な消耗品費用として次年度に利用する。

  • Research Products

    (10 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] DESY(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      DESY
  • [Journal Article] The structure of a novel long-period superlattice phase in Mg97Zn1Yb2 alloys2018

    • Author(s)
      N.Fujita, M.Matsushita, R.Tsukamoto, M.Yamasaki, Y.Kawamura, T.Irifune, E.Abe
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 150 Pages: 78-81

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2018.02.043

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Structural Analysis of Long Period Super Lattice in Mg-Zn-Yb Alloy Synthesized by High Pressure2017

    • Author(s)
      松下正史
    • Organizer
      Analytix 2017
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Mg97Zn1Yb2における5 GPa下での4周期、 6周期LPSLの合成条件2017

    • Author(s)
      塚本亮太,藤田尚也,山下賢哉,平岡慎一朗,松下正史,新名亨,山崎倫昭,河村能人,阿部英司
    • Organizer
      日本金属学会2017年秋季大会
  • [Presentation] 高圧処理されたMg85Zn6Y9のfcc/hcp 二相組織からのLPSO形成過程2017

    • Author(s)
      松下正史,長田貴史,Jozef Bednarcik,西山宣正,飯久保智,山崎倫昭,入舩徹男,河村能人
    • Organizer
      日本金属学会2017年秋季大会
  • [Presentation] Mg97Zn1Yb2 合金において高圧合成される 4 周期、6 周期 LPSL2017

    • Author(s)
      平岡慎一朗,松下正史,塚本亮太,藤田尚也,山下賢哉,新名亨,阿部英司
    • Organizer
      第58回 高圧討論会
  • [Presentation] Formation Process of 18R-type LPSO in Mg85Zn6Y9 Alloy2017

    • Author(s)
      R. Morishita,M. Matsushita,H. Abe,M. Kimura,and T. Shinmei
    • Organizer
      International Symposium on Novel Energy Nanomaterials, Catalysts and Surfaces for Future Earth
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The long period superlattice in Mg alloys synthesized under high pressure and temperature2017

    • Author(s)
      Masafumi Matsushita,Naoya Fujita,Ryota Tsukamoto,Ryota Inugai,Michiaki Yamasaki,Yoshihito Kawamura,Tetsuo Irifune,Eiji Abe
    • Organizer
      EUROMAT2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 特異なナノ組織を持つマグネシウム合金の機械特性の探求2017

    • Author(s)
      升田光太郎,松下正史,和氣諒平,長田貴文,高橋学,新名亨,朱 霞
    • Organizer
      第58回 高圧討論会
  • [Remarks] 超高圧材料科学研究ユニット

    • URL

      http://ipst.adm.ehime-u.ac.jp/msup/

URL: 

Published: 2018-12-17  

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