2018 Fiscal Year Research-status Report
変形双晶の形成に関わる双晶転位の動的挙動・原子構造および格子欠陥相互作用の解析
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18K13981
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
栃木 栄太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50709483)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 変形双晶 / 双晶転位 / TEM/STEM / その場観察 / 粒界 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
変形双晶は結晶性材料の塑性変形モードの一つであり、その形成メカニズムを明らかにすることは結晶塑性を理解する上で重要な研究課題となっている。本研究では、その場透過型電子顕微鏡(TEM)ナノインデンテーション法ならびに原子分解能走査型TEM(STEM)により、代表的な構造用セラミックスであるα-Al2O3中に形成される{1-102}<-1101>菱面双晶の形成メカニズムを探求した。
その場TEMナノインデンテーション法によりα-Al2O3単結晶に荷重を負荷したところ、菱面双晶が再現性良く形成されることが確認された。また、除荷に伴い収縮、消滅するものも見られた。このことより、菱面双晶は可逆的な現象であることが明らかとなった。その場TEM観察により得られた動画より、菱面双晶の成長および収縮時において母相／双晶界面上を運動する格子欠陥が存在することが明らかとなった。
菱面双晶の形成を担う格子欠陥の詳細な構造を明らかとするため、原子分解能STEMにより母相／双晶界面の構造解析を行った。菱面双晶の母相／双晶界面はterrace-ledge構造となっており、ledge構造が母相／双晶界面上を移動することにより、菱面双晶の成長、収縮が起こることが示唆された。ledge高さは{1-102}面の格子面間隔(0.384nm)と等しく、5原子面分の高さに相当することが分かった。従って、ledge構造の移動に伴い、この5原子面の範囲に存在する原子の集団的な移動現象が生じると考えられる。この現象はシャッフリングと呼ばれており、菱面双晶の詳細なメカニズムを明らかにするためには、シャッフリング機構の解析が重要であることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究初年度においては、その場TEMナノインデンテーション法によりα-Al2O3中に形成される菱面双晶の動的挙動を観察した。また、STEMにより、母相／双晶界面の原子構造を解析し、界面はterrace-ledge構造となっていることを明らかにするに至った。これらの実施内容はおおむね研究計画に沿ったものであり、得られた結果は今後双晶形成に関するメカニズムを検討していくうえで重要な情報を与えるものである。上記の理由により、本研究はおおむね順調に進展していると評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究初年度に得られた結果より、菱面双晶の形成、成長、消失現象には原子の集団的な移動現象（シャッフリング）が重要であることが示唆された。第二年度においては、母相／双晶界面原子構造の観察結果に基づいて界面の構造モデルを構築し、理論計算によって界面構造の安定性や詳細な構造評価を行う。さらに、ledge構造の移動に伴うシャッフリング機構を検証する。
双晶と転位との相互作用を探求するため、双結晶法により小傾角粒界を作製し、転位列からなるモデル粒界を準備する。その場TEMナノインデンテーション法により転位列近傍に双晶を導入し、両者が交錯する際の動的挙動を観察する。さらに、STEMにより双晶に取り込まれた転位構造を解析する。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた主たる理由は次の通りである。(1)試料加工用の特注治具について、要求仕様を策定し加工業者を選定したところ、当初予算よりも安価に導入するに至った。(2)研究の進捗状況を考慮し、国際会議での講演に伴う外国出張を当初予定していた初年度んではなく第二年度とすることとした。
第二年度は、基本的に研究計画に沿って実験消耗品、国内・外国旅費、機器利用料、論文投稿料等として支出する計画である。また、次年度使用額については計画以上に研究を推進することを目指し、実験用試料等を充実させる等、効果的に使用する予定である。
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