2022 Fiscal Year Final Research Report

Elucidation of phase transition kinetics of neutron-irradiated HOPG to compressed graphite, and characterization of physical properties of compressed graphite on nanoscale

Research Project

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Project/Area Number	20K05332
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
Research Institution	University of Hyogo
Principal Investigator	Honda Shin-ichi 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (90324821)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	肥後祐司公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (10423435) 庭瀬敬右兵庫教育大学, 学校教育研究科, 教授 (50198545) 佐藤庸平東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70455856)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	圧縮黒鉛 / 中性子照射高配向性熱分解黒鉛 / 相転移カイネティクス / 照射欠陥 / その場エネルギー分散型XRD / その場角度分散型XRD / TEM-EELS
Outline of Final Research Achievements	We found that the phase transition kinetics of neutron-irradiated HOPG under high pressure and high temperature (16GPa, maximum 1400℃) is different between irradiated and un-irradiated HOPG. Regarding the pressure-induced structural phase transition of neutron-irradiated HOPG at room temperature, Graphite G(002) peak is represented by two components in the irradiated sample, whereas it is represented by only one component in the un-irradiated sample. In addition to neutron irradiation and pressure, high-temperature treatment was found to be necessary for the formation of compressed graphite. The nanoscale structure and electronic state of irreversibly compressed graphite by TEM-EELS suggested the presence of a slight sp3-σ* component, unlike graphite.
Free Research Field	ナノ材料科学、ナノ構造物理
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	常温常圧下で安定な圧縮黒鉛の合成について、中性子照射及び加圧に加えて、高温処理が必要であった等の新たな知見を得ることに成功した。圧縮黒鉛の形成メカニズムについては未だ明らかにされておらず、実用化のためのバルクサイズ合成プロセスの確立に向けたデータの収集に貢献するものである。また、圧縮黒鉛のナノスケールでの構造と電子状態について、わずかに sp3-σ*成分の存在が示唆された等の新たな知見は、未知の部分も多く、大きなポテンシャルを秘めている圧縮黒鉛の科学そして産業応用の観点からその魅力をさらに拡大するものである。