2020 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of atomistic solute segregation at ceramic grain boundaries
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18K13982
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
馮 斌 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (20811889)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 原子分解能電子顕微鏡 / 粒界溶質偏析 / イットリア安定化ジルコニア / STEM-EDS / 表面界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに行ったイットリア安定化ジルコニア（YSZ）対称傾角粒界における粒界偏析構造の観察結果をふまえ、本年度はYSZ非対称傾角粒界における偏析構造解析を行った．双結晶法を用いて、3種のYSZ非対称傾角モデル粒界を作製し、STEM-EDSによる粒界偏析構造の直接観察を行った．その結果、対称傾角粒界や小傾角粒界と同様、Yは粒界に強く偏析する傾向が明らかとなった．さらに原子分解能STEM-EDSを用いて観察した結果、Yの偏析サイトは非対称傾角粒界の粒界面に依存せず、局所原子構造に強く依存することを確認した．以上これまでの対称傾角粒界、非対称傾角粒界および小傾角粒界の結果により、粒界の偏析駆動力は主に静電相互作用であることが考察された．
また前年度から継続して、YSZ表面におけるY偏析構造解析を行った．原子分解能STEM-EDS観察を行った結果、Yが表面数原子層にわたって偏析することが確認され、表面偏析駆動力は主に静電相互作用であることが分かった．またYSZの粉末試料表面においても、同じような表面偏析挙動が観察された．このことは、粉末からセラミックス焼結体を作製する際に、粉末における表面偏析が焼結体の粒界偏析にも影響する可能性があると考えられる.一方で、昨年度YSZ表面に不純物Al偏析が確認されたため、本年度はX線光電分光法とグロー放電質量分析により汚染源を調査した．その結果、Alは結晶内部に存在する不純物であることが分かり、溶質元素Yと同様、熱処理により表面に偏析することが明らかとなった．
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