2021 Fiscal Year Research-status Report
Research on the direct conversion method of amorphous diamond by nano-defect engineering
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21K04905
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| Research Institution | Hyogo University of Teacher Education |
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Principal Investigator |
庭瀬 敬右 兵庫教育大学, 学校教育研究科, 教授 (50198545)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 黒鉛 / ダイヤモンド / 欠陥 / ボールミリング / 衝撃圧縮 / 高圧高温 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，高エネルギー粒子線照射や機械的破壊によって導入された欠陥を用いて極限環境の非平衡状態下での新たな物質創製の方法を見出し，そのプロセスおよび導入された欠陥がどのような特徴をもち，新たな物質への変換への役割を果たすかを明らかにすることである。
炭素系物質は，黒鉛，ダイヤモンド，フラーレンなどの同素体が存在する。それらを，高エネルギー粒子線照射下やボールミリング，衝撃圧縮や高温・高圧状態の環境の中での試料への様々な働きかけの中に熱平衡状態には無いナノ欠陥エンジニアリングの研究余地があると考えられる。我々はこれまで，衝撃圧縮や高圧高温下でアモルファスダイヤモンドや多結晶ダイヤモンド，炭素空洞球，圧縮黒鉛が生成されることを見出している。
また，高エネルギー粒子線照射と共に試料中に欠陥を導入する方法であるボールミリングによって生成される欠陥の性質について，様々な材質の容器とボールを用いてボールミリングを行っているが，条件によっては照射下で生成される熱的に安定な欠陥が形成される。そのミリング条件依存性を調べるために，ボールの種類を変えて系統的に調べている。特に，熱的に安定した欠陥の生成条件を明らかにするために，密度の異なるボールを用いた実験を行っている。現在，窒化ケイ素のボールが安定な欠陥生成の閾の条件を見出す実験が可能であると予測されているので，その実験を準備している。また，高圧高温化での中性子照射欠陥を含んだ試料の構造のその場変換に関して放射光を用いた研究を行っている。
今年度は，得られた結果を，金属学会，表面科学会，放射線プロセスシンポジウムや国際会議で発表し，論文を２報報告した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高圧高温下の新たな物質創成に関しては，我々が見出した圧縮黒鉛の構造などに関する情報や中性子照射欠陥の性質に関する情報を得るために，中性子照射された黒鉛の高圧高温実験によりバルク試料を作成して調査を行う実験を共同研究で行っている。特に圧縮黒鉛の生成条件や構造を明らかにするために高圧高温条件を変化させて，バルクの回収試料を得て解析を行っている。ボールミリングでの実験に関しては，窒化ケイ素のボールや容器を用いた実験の準備を行っている。
これまで得られた結果を国内の学会や国際会議，論文として積極的に発表することを一つの目的としているが，今年度は，金属学会，表面科学会，放射線プロセスシンポジウムや国際会議で発表し，論文も共同研究として２報報告している。
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| Strategy for Future Research Activity |
中性子照射された黒鉛は，均一に欠陥が生成されるために新たな炭素系物質の創成に特に有効であるが，照射欠陥がどのように物質創成に関係しているかは未だ明らかでない。本研究では，これまで衝撃圧縮でその他の環境下での材料の変化を調べることにより，そのポテンシャルの広がりの範囲を確認する。具体的には，静水圧下での挙動を調べて，衝撃圧縮下での変化と対比させることによって，そのポテンシャルを浮かび上がらせる。静水圧と衝撃圧縮の違いは、圧力をかけるまでの温度上昇の時間の違いにある。静水圧下では温度上昇をさせるまでの時間が衝撃圧縮に比べて長いために、照射によって導入された欠陥が焼鈍される可能性があり，その影響を明らかにすることによって新たな炭素系物質の材料設計が可能となる。また，ボールミリングに関しては熱的に安定な欠陥の生成条件をボールなどの密度の関数としての評価を行う。
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| Causes of Carryover |
ボールミリングに使用する消耗品の額が当該年度分では不足したので，次年度の経費と合わせて購入することとしたため。
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