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セラミックス粒界における原子結合強度とドーパント添加効果の解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K20959
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 金属物性・材料
構造・機能材料
研究機関東京大学

研究代表者

栃木 栄太  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50709483)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード粒界 / 破壊 / セラミックス / ドーパント / 透過型電子顕微鏡 / その場j観察 / TEM / その場観察 / 透過型電子顕微鏡(TEM)
研究成果の概要

α-Al2O3中の小傾角粒界に種々の元素を添加し、粒界原子構造をTEMにより解析した。粒界には転位が配列しており、添加元素は転位の引張ひずみ領域に選択的に偏析することが明らかとなった。また、偏析分布は元素のイオン価に相関が見られたことから、イオン性結晶における偏析現象は弾性的相互作用に加え電気的相互作用に強く依存することが示唆された。
高精度TEMその場機械試験の実現を目指し、駆動機構を有するMEMSデバイスを設計し性能評価を行った。また、本デバイスに用いる微小試料片の作製方法を検討した。デバイス性能は良好であったが、試料作製方法についてはさらなる改善を要することが明らかとなった。

報告書

(4件)
  • 2017 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2018 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 3件、 査読あり 11件、 謝辞記載あり 8件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (32件) (うち国際学会 19件、 招待講演 9件)

  • [雑誌論文] Dissociation reaction of the 1/3<-1101> edge dislocation in alpha-Al2O32018

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Teruyasu Mizoguchi, Eiji Okunishi, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      Journal of Materials Science

      巻: 53 号: 11 ページ: 8049-8058

    • DOI

      10.1007/s10853-018-2133-7

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure of the Basal Edge Dislocation in ZnO2018

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Atsutomo、Tochigi Eita、Nagahara Ryota、Furushima Yuho、Oshima Yu、Ikuhara Yuichi、Yokoi Tatsuya、Matsunaga Katsuyuki
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 8 号: 3 ページ: 127-127

    • DOI

      10.3390/cryst8030127

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dislocation Structures in Low-Angle Grain Boundaries of α-Al2O32018

    • 著者名/発表者名
      Tochigi Eita、Nakamura Atsutomo、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 8 号: 3 ページ: 133-133

    • DOI

      10.3390/cryst8030133

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct Observation of Impurity Segregation at Dislocation Cores in an Ionic Crystal2017

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Yuki Kezuka, Akiho Nakamura, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 17 号: 5 ページ: 2908-2912

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.7b00115

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Another origin of yield drop behavior in sapphire deformed via basal slip: Recombination of climb-dissociated partial dislocations2017

    • 著者名/発表者名
      A. Nakamura, K. Matsunaga, E. Tochigi, N. Shibata, Y. Ikuhara, K.P.D. Lagerlof
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 138 ページ: 109-113

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2017.06.001

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonstoichiometric [012] dislocation in strontium titanate2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Furushima, Y. Arakawa, A. Nakamura, E. Tochigi, K. Matsunaga
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 135 ページ: 103-111

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2017.06.017

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of V-shaped extended defects in a 4H-SiC epitaxial film2017

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Hirofumi Matsuhata, Hirotaka Yamaguchi, Takashi Sekiguchi, Hajime Okumura, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      PHILOSOPHICAL MAGAZINE

      巻: 97 号: 9 ページ: 657-670

    • DOI

      10.1080/14786435.2016.1275869

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] An experimental system combined with a micromachine and double-tilt TEM holder2016

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Sato, Eita Tochigi, Teruyasu Mizoguchi, Yuichi Ikuhara, Fujita Hiroyuki
    • 雑誌名

      MICROELECTRONIC ENGINEERING

      巻: 164 ページ: 43-47

    • DOI

      10.1016/j.mee.2016.06.018

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Dislocation structures and electrical conduction properties of low angle tilt grain boundaries in LiNbO32016

    • 著者名/発表者名
      Yuho Furushima, Atsutomo Nakamura, Eita Tochigi, Yuichi Ikuhara, Toyoura Kazuaki, Matsunaga Katsuyuki
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 120 号: 14 ページ: 142107-142107

    • DOI

      10.1063/1.4961706

    • NAID

      120006331828

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Atomic Structure Characterization of Stacking Faults on the {1-100} plane in α-Alumina by Scanning Transmission Electron Microscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Scott D. Findlray, Eiji Okunishi, Teruyasu Mizoguchi, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 1763 ページ: 50003-50003

    • DOI

      10.1063/1.4961356

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書 2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In Situ TEM Observation of Twinning, Detwinning and Retwinning in Quartz2016

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi, E. Zepeda, H.-R. Wenk, A. M. Minor
    • 雑誌名

      MEMS and Nanotechnology

      巻: 5 ページ: 31-34

    • DOI

      10.1007/978-3-319-22458-9_5

    • ISBN
      9783319224572, 9783319224589
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] Experimental and Theoretical Investigation of the Stacking Fault on the (0001) Plane in Alumina2016

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Teruyasu Mizoguchi, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      AMTC Letters

      巻: 5

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] TEMその場ナノインデンテーション法によるアルミナにおける機械的双晶の動的観察2015

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太, 中村篤智, 柴田直哉, 幾原雄一
    • 雑誌名

      M&M材料力学カンファレンス 論文集

      巻: 1

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] アルミナにおける小角粒界を用いた転位設計と構造解析2015

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 54 号: 8 ページ: 409-412

    • DOI

      10.2320/materia.54.409

    • NAID

      130005089782

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Fracture surface analysis of alumina grain boundaries using in-situ TEM nanoindenation and atomic-resolution STEM2017

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Akihito Ishihara, Shun Kondou, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      University of Tokyo-Chalmers University of Technology Workshop on Advanced Materials and Transmission Electron Microscopy
    • 発表場所
      Sanjo Kaikan, The University of Tokyo, Tokyo
    • 年月日
      2017-03-31
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fracture surface analysis of alumina grain boundaries using in-situ TEM nanoindenation and atomic-resolution STEM2017

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Akihito Ishihara, Shun Kondou, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      9th Berkeley Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fracture Behavior of the∑13 Grain Boundary of α-Alumina2017

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Akihito Ishihara, Kondo Shun, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      5th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Impurity segregation at 1/3<11-20> basal dislocations in α-Al2O32017

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      The 34th International Japan-Korea Seminar on Ceramics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization of Dislocation Structures in α-Al2O3 by Atomic-resolution STEM2017

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      6th International Symposium on Advanced Ceramics and Technology for Sustainable Energy Applications toward a Low Carbon Society (ACTSEA 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] HAADF-STEM observations of impurity segregation in dislocations in alumina2017

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      the 3rd East-Asia Microcopy Conference (EAMC3)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CORE STRUCTURES OF 1/3<11-20> DISLOCATION AND IMPURITY SEGREGATION IN α-ALUMINA2017

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      the 4th International Symposium on Hybrid Materials and Processing (HyMaP 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 走査透過型電子顕微鏡法と理論計算による積層欠陥の解析2017

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太
    • 学会等名
      日本金属学会春期講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Al-Sn添加ZnOにおける反転ドメイン構造の形成と選択的偏析現象2017

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, ヘムキ ジョシュア, 藤平 哲也, 吉田 英弘, 目 義雄, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本金属学会秋期講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 4H-SiCにおけるキャロット型欠陥の原子構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 松畑 洋文, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第73回学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 4H-SiCにおけるキャロット型拡張転位構造のSTEM解析2017

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 松畑 洋文, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本金属学会春期講演大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実施状況報告書
  • [学会発表] アルミナにおける転位コア構造解析とすべり変形機構の検討2017

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 中村 篤智, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2017材料力学カンファレンス
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Atomic-resolution TEM Characterization of Dislocation Core Structures in Alumina Ceramics2016

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Atsutomo Nakamura, Teruyasu Mizoguchi, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      80th Annual Session of the Indian Ceramic Society
    • 発表場所
      Hyderabad, India
    • 年月日
      2016-12-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 小角粒界を用いたアルミナ中の転位および積層欠陥の構造解析2016

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太
    • 学会等名
      第4回グリーンエネルギー材料のマルチスケール創製研究会
    • 発表場所
      南三陸 ホテル観洋、宮城県
    • 年月日
      2016-11-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Structural characterization of triangle-shaped lattice defects in 4H-SiC epitaxial layer2016

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Hirofumi Matsuhata, Hirotaka Yamaguchi, Takashi Sekiguchi, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      Materials Science & Technology 2016
    • 発表場所
      Salt Lake City, Utha, USA
    • 年月日
      2016-10-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アルミナ<1-100>転位における希土類元素偏析のSTEM観察2016

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 毛塚 雄己, 中村 篤智, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本金属学会秋期講演大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス、大阪府
    • 年月日
      2016-09-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] TEM characterization of the 1/3<-1101> dislocation in a low-angle grain boundary of α-Al2O32016

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Atsutomo Nakamura, Teruyasu Mizoguchi, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      PRICM9
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center, Kyoto, Japan
    • 年月日
      2016-08-04
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Annular Bright Field STEM Investigation of the (0001) Stacking Fault in Alumina2016

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Atsutomo Nakamura, Teruyasu Mizoguchi, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      Microscopy and Microanalysis 2016
    • 発表場所
      Columbus, Ohio, USA
    • 年月日
      2016-07-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] TEMナノインデンテーション法とSTEM法によるアルミナ粒界破面の原子構造解析2016

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 石原 聡仁, 近藤 隼, 藤平 哲也, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会第72回学術講演会
    • 発表場所
      仙台国際センター、仙台市、宮城県
    • 年月日
      2016-06-14
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] TEM study of dislocations and stacking faults in low-angle grain boundaries of alumina2016

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Atsutomo Nakamura, Teruyasu Mizoguchi, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      THERMEC2016
    • 発表場所
      Graz, Austria
    • 年月日
      2016-05-31
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Experimental and Theoretical Investigation of the Stacking Fault on the (0001) Plane in Alumina2016

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Teruyasu Mizoguchi, Atsutomo Nakamura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      Advanced Microscopy and Theoretical Calculations 5
    • 発表場所
      WINC AICHI, Nagoya, Aichi, Japan
    • 年月日
      2016-05-11
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 4H-SiCエピタキシャル薄膜中のV字型格子欠陥の構造解析2016

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太、中川翼、松畑洋文、山口博隆、関口孝文、幾原雄一
    • 学会等名
      日本金属学会2016年春期講演大会
    • 発表場所
      東京理科大学葛飾キャンパス、東京都葛飾区
    • 年月日
      2016-03-25
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 異種元素添加アルミナΣ13粒界の破壊挙動解析2016

    • 著者名/発表者名
      石原 聡仁, 近藤 隼, 栃木 栄太, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      公益社団法人 日本金属学会 第158回春期大会
    • 発表場所
      東京理科大学葛飾キャンパス、東京都葛飾区
    • 年月日
      2016-03-24
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] TEMその場ナノインデンテーション法によるアルミナにおける機械的双晶の動的観察2015

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太,中村篤智, 柴田直哉, 幾原雄一
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2015材料力学カンファレンス
    • 発表場所
      慶應義塾大学矢上キャンパス、神奈川県横浜市
    • 年月日
      2015-11-21
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] TEM Characterizations of Low-angle Grain Boundaries of α-Al2O32015

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi, Atsutomo Nakamura, Teruyasu Mizoguchi, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Frontiers in Materials Science
    • 発表場所
      Waseda University, Shinjuku, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-11-20
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Atomic-Scale Fracture Behavior of a Doped Alumina Σ13 Grain Boundary2015

    • 著者名/発表者名
      Akihito Ishihara, Shun Kondo, Eita Tochigi, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      2nd International symposium on Frontiers in Materials Science (FMS2015)
    • 発表場所
      Waseda University, Shinjuku, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-11-20
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アルミナ{-1104}/<11-20>小傾角粒界における1/3<-1101>転位の分解反応と積層欠陥の解析2015

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太、溝口照康、中村篤智、柴田直哉、幾原雄一
    • 学会等名
      日本金属学会2015年秋期講演大会
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス、福岡県福岡市
    • 年月日
      2015-09-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Fracture behavior analysis of Zr-doped alumina Σ13 grain boundary2015

    • 著者名/発表者名
      Akihito Ishihara, Shun Kondo, Eita Tochigi, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      Frontier of electron microscopy for materials science (FEMMS) 2015
    • 発表場所
      Lake Tahoe, CA, USA
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fracture surface analysis of doped alumina S13 grain boundary by transmission electron microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      Akihito Ishihara, Shun Kondo, Eita Tochigi, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      ICSAM 2015
    • 発表場所
      The Ito International Research Center, Bukyo-ku, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2015-09-08
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In situ TEM Characterization of Dynamic Behavior of Dislocation and Grain Boundary in Oxides2015

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi, A. Nakamura, S. Kondou, N. Shibata, Y. Ikuhara
    • 学会等名
      17th International Conference on the Strength of Materials
    • 発表場所
      Brno, Czech Republic
    • 年月日
      2015-08-13
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In situ TEM observation of twinning, detwinning and retwinning in quartz”2015

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi, E. Zepeda, H.-R. Wenk, A. M. Minor
    • 学会等名
      2015 SEM Annual Conference & Exposition
    • 発表場所
      Costa Mesa, California, USA
    • 年月日
      2015-06-10
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of dislocations and twins in alumina by transmission electron microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      E. Tochigi, A. Nakamura, T. Mizoguchi, N. Shibata, Y. Ikuhara
    • 学会等名
      Engineering Ceramics 2015
    • 発表場所
      Smolenice, Slovakia
    • 年月日
      2015-05-14
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2023-03-16  

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