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高温用非晶質セラミックスの量子構造と機械的特性

研究課題

研究課題/領域番号 14750571
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 構造・機能材料
研究機関東京大学

研究代表者

松永 克志  東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (20334310)

研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2004年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2003年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2002年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード高温安定性 / 結合欠損 / アモルファス / 分子動力学 / シミュレーション / 第一原理計算 / 擬ポテンシャル / 電子状態
研究概要

本研究では、分子シミュレーション法と第一原理計算法を併用し、非晶質セラミックスの原子・電子構造を解析し、結晶質とは異なる原子配列に起因する物質の機械的特性発現のメカニズムを明らかにすることを目的とした。分子シミュレーションについては、分子動力学法を用い、独自に開発した原子間ポテンシャルの適用と更なる改良、さらには第一原理計算については擬ポテンシャル法の最適化と計算高速化のアルゴリズム検討なども行った。
計算アルゴリズムについては、共役勾配法やRMM-DIIS法などを検討したが、系に依存した収束パラメータを適切に設定することで、RMM-DIIS法により計算時間を大幅に短縮することができることが判明した。特にランダムな原子配列を有する系については、周期的原子配列を持つ系に較べて電子密度の収束が遅く、今回解析した手法により大規模系への第一原理計算法適用に対する一般的な足がかりをえることができたといえる。
また具体的な適用例として、高温セラミックスとして重要なアルミナ・ジルコニア粒界・界面についても検討を行い、原子配列の乱れた界面近傍の結合状態を研究した。隣り合う結晶間の整合性が低い場合、界面を介して様々な配位数・結合距離を有する結合ペアが存在しているが、結合に関与する電子が適宜再分布する結果、様式の異なる結合状態が同一界面上に共存することが判明した。つまり界面での原子配列の乱れに伴う結合状態の多様性を見出し、結晶内部とは全く異なる化学結合状態についての描像を提案した。

報告書

(3件)
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2005 その他

すべて 雑誌論文 (2件) 文献書誌 (5件)

  • [雑誌論文] Numerical analysis of solute segregation at Σ5(310)/[001] symmetric tilt grain boundary in Y_2O_3-doped ZrO_22005

    • 著者名/発表者名
      T.Oyama, M.Yoshiya, H.Matsubara, K.Matsunaga
    • 雑誌名

      Phys.Rev.B (in press)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] HRTEM study on grain boundary atomic structures related to the sliding behavior in alumina bicrystals2005

    • 著者名/発表者名
      K.Matsunaga, H.Nishimura, S.Hanyu, H.Muto, T.Yamamoto, Y.Ikubara
    • 雑誌名

      Applied Surface Science 241

      ページ: 75-79

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] K.Matsunaga, T.Tanaka, T.Yamamoto, Y.Ikuhara: "First-principles calculations of intrinsic defects in Al_2O_3"Physical Review B. 68. 085110 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Tanaka, K.Matsunaga, T.Yamamoto, Y.Ikuhara: "First-principles study of structures and energies of intrinsic vacancies in SrTiO_3"Physical Review B. 68. 205213 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Matsunaga, A.Nakamura, T.Yamamoto, Y.Ikuhara: "First-principles study of defect energetics in titanium-doped alumina"Physical Review B. 68. 214102 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Matsunaga, Y.Iwamoto, Y.Ikuhara: "Atomic structure and diffusion in amorphous Si-B-C_N by molecular dynamics simulation"Materials Transaction. 43. 1506-1511 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Otsuka, A.Nakamura, A.Kuwabara, T.Yamamoto, K.Matsunaga, Y.Ikuhara: "Dislocation-enhanced ionic conductivity of yttria-stabilized zirconia"Applied Physics Letter. 82. 877-879 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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