2014 Fiscal Year Research-status Report
金属ナノ結晶材料の格子収縮と結晶子＋粒界層二相共存化の原因機構
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25390027
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
谷本 久典 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70222122)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノ構造 / 結晶粒界 / 空孔型欠陥 / 擬弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平均結晶粒径が数10nmの超微細多結晶材のナノ結晶材では、その特徴的なナノ組織を反映して種々の特異物性が発現する。我々は金ナノ結晶材において、弾性変形では約200K以上で大きな粒界擬弾性が発現すること、また塑性変形では準静的変形時に高応力域で変形速度（クリープ速度）が約5桁も増大するが変形後で結晶粒成長や結晶粒微細化などの組織変化は起こらないことなどを観測している。これらの力学特性から、金ナノ結晶材では単元系にもかかわらず、結晶子と粒界層という疑似二相共存状態が準安定化されていると推測している。作製直後の金ナノ結晶材では通常の（多）結晶材よりも約0.05%小さい格子定数を示し、空孔型欠陥が過剰に含まれていることが考えられ、現時点でこの空孔型欠陥が疑似二相共存の準安定化に寄与していると推測している。このモデルを検証するために、擬弾性、熱物性、電気抵抗を約100Kから室温において測定し、温度変化の異常の有無について調べた。その結果、通常の多結晶材に比べて約170K以上で吸熱傾向となること、また約150K以上において電気抵抗の温度変化率が減少する傾向が見られた。前者は粒界層が乱雑構造の非晶質合金で見られるようなガラス転移を起こして粘弾性的性質を示し始めていること、また後者は結晶子内に含まれていた空孔型欠陥が粒界層に移動していると考えれば定性的には説明可能である。加えて、動的ヤング率の温度変化率から約140K以上で弾性率増大の傾向が見られ、結晶子内の空孔型欠陥の減少を示唆する。このように、空孔型欠陥の結晶子と粒界層でのやり取りが150K近辺でで起こり始めることを示す実験結果が着実に得られている。
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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
これまでの実験結果から推測していた、低温での粒界状態（組織）変化に関して、熱分析や電気抵抗測定からも確証を得ることができ、そういった意味で計画通りに順調に進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
空孔型欠陥の結晶子と粒界層でのやり取りが150K近辺で起こり始めることで各種の物性の特徴的温度変化は説明できなくはないが、なぜ多量の空孔型欠陥が導入されるのか、また一旦乱雑構造の粒界に移動した空孔型欠陥が温度低下で再び結晶子内に移動するのかなどについてはよくわかっておらず、空孔型欠陥濃度の数値的評価とともに、今後検討していく予定である。
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| Causes of Carryover |
物品費に関して予定よりも安価に調達できたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験に必要な消耗品の購入に充てる予定である。
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