電子注入によるセラミックス結晶の室温脆性改善の可能性

• 研究課題/領域番号: 16K14414
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 中村 篤智 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20419675)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2016年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: 格子欠陥 / 結晶塑性 / 低温脆性 / セラミックス / 電子構造制御 / 酸化物 / 単結晶 / 半導体 / 構造・機能材料 / イオン結晶 / 室温変形

研究成果の概要

セラミックス材料は室温ですべり変形を起こしにくく，脆性破壊を起こしやすい材料であることが知られている．これは，塑性変形を担う「転位」の運動に必要な力，いわゆるパイエルス力が大きいためとしばしば説明される．しかし，パイエルス応力が高くなれば脆性となるという考え方は必ずしも正確ではない．本研究は，セラミックスにおいても転位と点欠陥や電子との相互作用を制御することにより脆性が改善できる可能性の期待から開始された．数種類の半導体結晶において，点欠陥および電子構造の制御に伴う変形挙動の変化を調査した．その結果，半導体結晶では，転位と各種欠陥との相互作用制御により室温脆性が改善されることを発見した．

研究成果

• [雑誌論文] First-principles calculations on slip system activation in the rock salt structure: Electronic origin of ductility in silver chloride (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura, M. Ukita, N. Shimoda, Y. Furushima, K. Toyoura, K. Matsunaga
  • 雑誌名: Philosophical Magazine 巻: 97 号: 16 ページ: 1281-1310
  • DOI: 10.1080/14786435.2017.1294270
  • NAID: 120006331821
  • 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 LiNbO3 (2016)
  • 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
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pressure-induced phase transition of calcite and aragonite: A first principles study (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Ukita, K. Toyoura, A. Nakamura, K. Matsunaga
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 120 号: 14 ページ: 142118-142118
  • DOI: 10.1063/1.4961723
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic Structure Characterization of Stacking Faults on the {1-100} plane in α-Alumina by Scanning Transmission Electron Microscopy (2016)
  • 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
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Adsorption sites of single noble metal atoms on the rutile TiO2 (110) surface influenced by different surface oxygen vacancies (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Matsunaga, T.-Y. Chang, R. Ishikawa, Q. Dong, K. Toyoura, A. Nakamura, Y. Ikuhara and N. Shibata
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter. 巻: 28 号: 17 ページ: 175002-175002
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/17/175002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Room-temperature deformation behavior of SrTiO3 single crystals with different chemical compositions (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura, K. Yasufuku, Y. Furushima, K. Toyoura, K. Matsunaga
  • 雑誌名: AMTC Letters 巻: 5 ページ: 184-185
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dislocation structures at (0001)/<112-0> low-angle tilt grain boundaries in lithium niobate (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Furushima, A. Nakamura, E. Tochigi, Y. Ikuhara, K. Toyoura, K. Matsunaga
  • 雑誌名: AMTC Letters 巻: 5 ページ: 40-41
  • 査読あり
• [学会発表] SrTiO3小角粒界における[012]転位の形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 古嶋佑帆, 荒川 祐樹, 中村篤智, 栃木栄太, 松永克志
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 2017年会
  • 発表場所: 日本大学（駿河台キャンパス）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] マグネシアの(110)/[001]小傾角粒界における転位偏析挙動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 澤田康佑, 中村篤智, 栃木栄太, 豊浦和明, 幾原雄一, 松永克志
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2016材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2016-10-08
• [学会発表] Room Temperature Deformation Behavior of SrTiO3 Single Crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura, K. Yasufuku, Y. Furushima, K. Toyoura, K. Matsunaga
  • 学会等名: The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Structures and properties of low angle grain boundaries in lithium niobate (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura
  • 学会等名: European Confarence on Fracture (ECF21)
  • 発表場所: Catania, Italy
  • 年月日: 2016-06-20
  • 国際学会
• [学会発表] Electric conductivity along lattice defects in lithium niobate (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura, Y. Furushima, E. Tochigi, Y. Ikuhara, K. Toyoura, K. Matsunaga
  • 学会等名: THERMEC 2016
  • 発表場所: Graz, Austria
  • 年月日: 2016-05-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Room-temperature deformation behavior of SrTiO3 single crystals with different chemical compositions (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura, K. Yasufuku, Y. Furushima, K. Toyoura, K. Matsunaga
  • 学会等名: AMTC5
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2016-05-11
  • 国際学会
• [備考] 名古屋大学大学院工学研究科物質科学専攻 材料設計工学研究グループ
  • URL: http://www.numse.nagoya-u.ac.jp/matsunaga/