Development of an in-situ straining and electron tomography imaging system

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02426
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26010:Metallic material properties-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Hata Satoshi 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (60264107)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 転位 / 電子顕微鏡 / 電子線トモグラフィー / 回折 / その場観察 / 三次元

Outline of Final Research Achievements

This study developed a method to visualize the dynamic behavior of dislocations in crystals in three dimensions by combining electron tomography (ET) and in-situ electron microscopy observation. A 3D movie of dislocation dynamics has been obtained by repeating ET observation of the movement of dislocations bypassing spheroidized cementite particles in a drawn pearlitic steel specimen while applying stress to the thin foil specimen. In order to enhance the feasibility of our in-situ straining and dislocation tomography method, collaboration with Dr. T.C. Petersen of Monash University, Australia, who developed a new surface-topography-based 3D reconstruction algorithm, has proved that 3D visualization of dislocations is possible even if the diffraction condition for a particular diffracted beam, which determines the visibility or invisibility of dislocations, is not kept constant.

Free Research Field

金属組織　電子顕微鏡

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子顕微鏡による動的三次元観察は、材料組織シミュレーションとのデータ同化が可能である点などから注目されつつある観察手法である。ただし、結晶欠陥である転位の動的三次元観察は、結晶性試料に対する電子線の入射方位が変わると転位が見えたり見えなくなったりするため、技術的な課題が多く、実現が遅れている。本研究では、転位が見える回折条件を保つという従来法に加えて、回折条件を一定に保たない代わりに多数枚の連続傾斜像を撮影するという方法により、塑性変形で結晶が回転しても特定の転位を三次元可視化し続けることが可能となる手法を開発し、転位の動的三次元観察が可能であることとその適用範囲拡大の可能性を実証した。