2022 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 / 中性子照射 / ボールミリング / 高圧高温 / 衝撃圧縮 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物質が照射欠陥を含むような不安定な非平衡状態にある場合は，圧力や温度の外的な環境変化によって，より安定な方向に変化するポテンシャルをもっている。このことは，照射欠陥を含むような非平衡状態にある物質は新たな物質を創り出す可能性を秘めているといえる。本研究の目的は，高エネルギー粒子線照射やボールミリングによる機械的破壊によって，非平衡状態を創り出し，それらの試料がもつ不安定な欠陥を用いて新たな物質創製の方法を見出すことである。また，そのようなプロセスで導入された欠陥がどのような特徴を持つかを明らかにすることである。
これまで我々は，中性子照射黒鉛を用いた衝撃圧縮や高圧高温下での実験によって，アモルファスダイヤモンドや多結晶ダイヤモンド，圧縮黒鉛などの新たな炭素系物質が生成されることを見出している。一方，新たな炭素系物質創製のための原料として用いられる中性子照射黒鉛での欠陥導入は原子炉内で行われるために，試料の取り扱いやその生成が容易ではない。そのため，現在，ボールミリングによって中性子照射試料と同様な試料が形成される可能性を調べている。特にミリング条件への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。また，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おり，窒化ケイ素のボールが安定な欠陥生成の境界条件の密度と予測されるので，その実験を進めている。
今年度は，これまでに得られた結果を，日本物理学会と日本金属学会，ダイヤモンドに関する材料の国際会議で発表した。
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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
中性子照射黒鉛を用いた高圧高温下の新たな物質創成に関しては，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を進めている。
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，日本物理学会と日本金属学会，ダイヤモンドに関係する材料の国際会議で発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
照射によって生成された欠陥が，圧力や温度を変化させた場合に，どのように構造変化に関して関わっているかは明らかでないが，それを明らかにすることが欠陥エンジニアリングの見地からは大切であろう。そのためには，異なる環境での変化を対比することによって，欠陥の働きが見えてくる可能性がある。これまで行ってきた衝撃圧縮や静水圧実験下や，その他の環境下での材料の変化を調べて対比することにより，その変化のプロセスを浮かび上がらせる予定である。静水圧と衝撃圧縮の違いを欠陥の緩和時間などの違いを考慮し，新たな炭素系物質の材料設計に向かう必要がある。ボールミリングに関しても新たな物質創生に向かうことのできる欠陥導入が可能かどうかに注目したい。
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