Development of novel reactive-templated grain growth method using self-orientation

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05658
• Research Institution: Toyota Technological Institute
• Principal Investigator: 荒川 修一 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (90278391)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 反応性テンプレート粒成長法 / 結晶配向 / アパタイト型ランタンシリケート

Outline of Annual Research Achievements

反応性テンプレート粒成長法（以下，RTGG法）は，テンプレート粒子を種結晶としたトポタクティック固相反応を用いるセラミックスの優れた結晶配向化手法の1つである．一方で，テンプレート粒子と目的物質の間の良好な格子整合性を前提としているため，適用できる物質が限られる．本研究は，この短所を克服するため，アパタイト型ランタンシリケート（以下，LSO）をモデル物質として，自己配向現象を適用した新しいRTGG法を開拓することを目的としている．今年度も引き続き，主として，LSO結晶のc軸高配向化を実現する諸因子の検討を実施した．具体的には，反応性テンプレートを様々な結晶・非晶面を有する石英基板，組成補完粒子を基板上に化学溶液法で成膜した酸化ランタン薄膜に見立て，それらの熱処理で生じるLSO結晶のc軸配向性について，基礎的検討を行った．石英基板として，昨年度に未着手であった3種類の結晶面を有する人工水晶基板を新たに追加し，LSO結晶のc軸配向性出現の有無を検討した．結果的に検討した全ての人工水晶基板上でc軸配向性は現れず，明確なc軸配向性が出現する石英ガラス基板とは対照的であった．この結果は，結晶描画ソフトを用いた格子マッチングの検討でも，エピタキシャル成長による結晶配向の出現を期待できる結晶面がLSO結晶で見出せなかったことからも支持された．人工水晶基板で石英ガラス基板上のように自己配向性が現れない結果は，それぞれの基板とLSO薄膜の界面エネルギーの違いによるものと推察される．一方，ガラス基板の組成あるいは構造を変えることにより，自己配向面が変化するという新しくかつ学術的にも重要な知見を得ることができた．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当初の計画では，La2O3との比較のため，La2SiO5を出発組成とする基礎的検討や薄膜の詳細な結晶配向性評価も予定していた．さらに，基礎的検討の結果を受けたバルクへの展開も始める予定であった．しかし，緊急事態宣言を受けて，実験装置等を用いた研究活動の全面的中止措置が学内において2ヶ月間にわたり実施されるなど，様々な新型コロナ感染症対応の影響を受けた．

Strategy for Future Research Activity

当初の計画では，薄膜を用いた基礎的検討を十分に実施，知見を得た後，バルクへの展開に着手する予定であった．c軸完全配向を得る調製条件を明らかにするところまでは達成できていないが，一定程度のc軸配向が得られる条件はわかったため，基礎的検討をさらに進めながら，一方でバルクへの展開も並行して実施していく．

Causes of Carryover

現在までの達成度の項目で述べたように，主として新型コロナ感染症対応のために進捗が遅れた．特に，詳細な結晶配向性評価のための極点測定など，依頼分析が予定通りに進められなかったこと，およびバルクへの展開に着手できなかったことが直接的な理由である．また，研究成果発表のための旅費が発生しなかったことも理由の1つである．研究の迅速化を図り，発生した次年度使用額と合わせ，当初計画に基づいて使用する．