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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Self-organized nanostructure-reinforced environmental barrier coatings

Research Project

Project/Area Number 20H02477
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

伊藤 暁彦  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (20451635)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords化学気相析出 / 自己組織化 / セラミックス / 耐環境コーティング / ナノ構造制御
Outline of Annual Research Achievements

エンジニアリングセラミックス部材がより過酷な環境において優れた信頼性を発揮するためには、部材を保護するセラミックスコーティングにおいても組織設計の変革が求められている。本研究課題では、気相中での自己組織化に基づく新たな設計手法を提案する。セラミックスコーティング内部にナノ構造を作りこむ手法は、従来の組織設計や構造設計を実現するためのコーティングプロセスでは達成しえない組織形成手法である。化学気相析出法を用いた芯材強化柱状構造の自己組織化析出を実証し、その熱的・機械的特性を評価する。
原料には、Hfおよび各種金属元素の有機金属化合物を用い、原料炉内で所定の温度で気化させ前駆体ガスとした。基板には、セラミックス基板や各種酸化物の単結晶基板を用い、加熱ステージ上でレーザー照射により加熱した。合成した試料は、X線回折により相同定を行い、微細組織は走査型電子顕微鏡により観察した。蛍光特性は、蛍光分光光度計により測定し、機械的特性はマイクロカンチレバー法により評価する。
2021年度は、HfO2-SrHfO3系、HfO2-CaHfO3系、HfO2-MgO系、HfO2-TiO2系およびHfO2-Lu2O3系の複合膜の合成実験に着手し、合成条件が生成相や微細組織に与える影響を明らかにした。HfO2-MgO系、HfO2-TiO2系、HfO2-Lu2O3系においては、化学両論組成比化合物の生成を見出し、特にHfO2-Lu2O3系においてはHf/Lu原料比によって格子定数が連続的に変化することがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2021年度は、Ca有機金属化合物原料の選定を行い、原料濃度、成膜温度、成膜炉内圧力を変化させながらHfO2およびSr/CaHfO3膜を合成し、生成相と微細組織の関係性をマッピングし、単相膜の合成条件を明らかにできた。さらに発展的な研究トピックとして、HfO2膜およびSr/CaHfO3膜の光学特性を調べることや、HfO2-MgO系、HfO2-TiO2系およびHfO2-Lu2O3系膜化合物の合成ができた。以上より、本研究課題はおおむね順調に進展しているものである。

Strategy for Future Research Activity

2022年度は、HfO2共晶系のコンポジット膜の機械的特性の評価をより進めていく。HfO2は様々な酸化物と共晶系をとる。共晶体セラミックスでは、構成相が互いに組織化して共晶組織を形成し、組成や成長条件によって様々な組織を呈する。一連の合成・評価実験を通じて、構成相や共晶組織、特に機械的特性や光学特性に与える影響を明らかにする。

  • Research Products

    (25 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Photo- and Radioluminescence Properties of Eu3+-doped Y2O3 Thick Film Phosphor Prepared via Chemical Vapor Deposition2022

    • Author(s)
      Shogen Matsumoto, Taiga Watanabe, Akihiko Ito
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 34 Pages: 669~669

    • DOI

      10.18494/SAM3698

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Chemical vapor deposition of highly oriented ceramic coatings in a high-intensity laser irradiation2021

    • Author(s)
      Akihiko Ito
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 129 Pages: 646~653

    • DOI

      10.2109/jcersj2.21135

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] レーザーを援用した化学気相析出法による自己配向成長と蛍光体応用2021

    • Author(s)
      伊藤暁彦
    • Organizer
      第74回CVD研究会
    • Invited
  • [Presentation] Ce3+添加 Lu3Al5O12厚膜蛍光体の高速化学気相析出とその発光特性評価2021

    • Author(s)
      松本昭源、黒澤俊介、吉川彰、伊藤暁彦
    • Organizer
      第34回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] 気相からの自己組織化を利用したエンジニアリングセラミックスの機能発現2021

    • Author(s)
      伊藤暁彦
    • Organizer
      第34回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 化学気相析出法によるAl2O3-Y3Al5O12複合膜の合成とその蛍光特性評価2021

    • Author(s)
      三觜佑理、伊藤暁彦
    • Organizer
      第37回日本セラミックス協会 関東支部研究発表会
  • [Presentation] 化学気相析出法を用いた Ce3+添加 SrHfO3 厚膜の合成とフォトルミネッセンスおよびラジオルミネッセンス特性2021

    • Author(s)
      藤江清花、伊藤暁彦、黒澤俊介
    • Organizer
      第37回日本セラミックス協会 関東支部研究発表会
  • [Presentation] 化学気相析出法によるCe3+:Lu3Al5O12厚膜蛍光体の合成と発光特性評価2021

    • Author(s)
      松本昭源、黒澤俊介、吉川彰、伊藤暁彦
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 化学気相析出法によるTi3+およびCr3+添加Al2O3膜の合成とその蛍光特性の評価2021

    • Author(s)
      梅堀美好、伊藤暁彦
    • Organizer
      第37回日本セラミックス協会 関東支部研究発表会
  • [Presentation] 化学気相析出法により合成したGd2O3膜の蛍光特性2021

    • Author(s)
      出口結美子、伊藤暁彦
    • Organizer
      第37回日本セラミックス協会 関東支部研究発表会
  • [Presentation] 化学気相析出法を利用したMgSiO3ガーネット相膜の合成2021

    • Author(s)
      川田望夢、伊藤暁彦
    • Organizer
      第37回日本セラミックス協会 関東支部研究発表会
  • [Presentation] CVD法による希土類添加YAlO3厚膜蛍光体のエピタキシャル成長2021

    • Author(s)
      三觜佑理、伊藤暁彦
    • Organizer
      第19回次世代先端光科学研究会 (応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第3回研究会)
  • [Presentation] CVD法によるSrHfO3膜の合成とPLおよびシンチレーション特性評価2021

    • Author(s)
      藤江清花、黒澤俊介、伊藤暁彦
    • Organizer
      第19回次世代先端光科学研究会 (応用物理学会 極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第3回研究会)
  • [Presentation] 化学気相析出法における自己組織化と放射線誘起蛍光体への応用2021

    • Author(s)
      伊藤暁彦
    • Organizer
      化学工学会 2021年度第1回 表面改質分科会
    • Invited
  • [Presentation] 化学気相析出法によるHfO2-TiO2系膜の合成2021

    • Author(s)
      橋本優花、伊藤暁彦
    • Organizer
      第16回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] Al2O3-GdAlO3-Gd2O3系膜の蛍光発光特性の評価2021

    • Author(s)
      出口結美子、伊藤暁彦
    • Organizer
      第16回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] MgWO4の化学気相析出と蛍光発光2021

    • Author(s)
      小菅翔南、伊藤暁彦
    • Organizer
      第16回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] Lu2O3-MgO系コンポジット膜の化学気相析出2021

    • Author(s)
      中嶋航平、伊藤暁彦
    • Organizer
      第16回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] HfO2-MgO系膜のエピタキシャル成長2021

    • Author(s)
      山井大誠、伊藤暁彦
    • Organizer
      第16回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] CaHfO3膜のエピタキシャル成長とシンチレーション特性2021

    • Author(s)
      大賀輝昌、伊藤暁彦、黒澤俊介
    • Organizer
      第16回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] In-situ formation of nanostructures in chemical vapor deposition of MgO-MgAl2O4-Al2O3 system coatings2021

    • Author(s)
      A. Ito、M. Ikai
    • Organizer
      14th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 14) including Glass & Optical Materials Division 2021 Annual Meeting (GOMD 2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Chemical vapor deposition of Eu3+-doped Lu3Al5O12 thick film phosphor and its luminescent properties2021

    • Author(s)
      S. Matsumoto、A. Ito
    • Organizer
      MATERIALS RESEARCH MEETING 2021 (MRM2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ceramic Eutectic Nanocomposites Synthesized by Laser-assisted Chemical Vapor Deposition for Luminescent and Scintillation Materials2021

    • Author(s)
      A. Ito、S. Matsumoto
    • Organizer
      MATERIALS RESEARCH MEETING 2021 (MRM2021)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Preparation of nanostructured HfO2-Al2O3 coatings using chemical vapor deposition2021

    • Author(s)
      S. Matsumoto、A. Ito
    • Organizer
      14th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 14) including Glass & Optical Materials Division 2021 Annual Meeting (GOMD 2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] ITO LAB | YNU - 横浜国立大学大学院 環境情報研究院 伊藤研究室

    • URL

      https://itonium.net/ynu/

URL: 

Published: 2022-12-28  

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