2022 Fiscal Year Annual Research Report
金属ガラス主成分元素をターゲットとした超高温液体の高確度構造解析
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20H02496
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| Research Institution | Hakodate National College of Technology |
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Principal Investigator |
水野 章敏 函館工業高等専門学校, 物質環境工学科, 准教授 (10348500)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
正木 匡彦 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (00360719)
尾原 幸治 公益財団法人高輝度光科学研究センター, その他部局等, 副主席研究員 (00625486)
小原 真司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 独立研究者 (90360833)
寺門 修 函館工業高等専門学校, 物質環境工学科, 准教授 (90402487)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 液体構造解析 / 高温融体 / 無容器浮遊法 / 放射光X線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，金属ガラスの主成分となる高融点金属元素を主な対象とし，単体のバルク金属ガラスのガラス形成能が著しく低いことと液体構造との関連を明らかにすることを目的とした。昨年度において，無容器浮遊法の一つであるガスジェット浮遊法を用い，1500 ℃程度から2300 ℃を超える高温液体の高精度構造データをSPring-8の高強度放射光X線を利用して取得した。本研究で対象とした金属において，融点が最も高いHf（2233 ℃）については，2130 ℃の過冷却液体状態から2330 ℃の液体の温度領域までの構造データの取得に成功しており，今年度は液体構造データの解析を主に実施した。
実験で取得した構造因子を逆モンテカルロ法により再現した液体中の原子配置に対して，パーシステントホモロジーをはじめとした幾何学的解析手法を適用した。液体中の原子の3次元座標から可視化した空隙分布やパーシステント図により，Feをはじめとした金属ガラスの主成分となる遷移金属の多くは充填率の高い局所構造の特徴を示した。一方，比較対象としたSiにおいては充填率の低い原子配置を反映した空隙分布やパーシステント図となっており，疎らな構造となっていることを明らかにした。
これらの結果から，金属ガラスの主成分となる元素は単体においても正二十面体をはじめとした充填率の高い構造をとっており，異なる元素を添加することによりさらに充填率が高くなることがガラス形成能を高める要因となると結論づけた。
今後は，第一原理計算を援用した原子間相互作用の決定より，エントロピーや内部エネルギーをはじめとした熱力学的諸物性と金属融体構造の相関性を明らかにする。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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