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異種元素偏析アルミナ粒界の原子構造解析と機能特性評価

研究課題

研究課題/領域番号 20J14631
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関東京大学

研究代表者

楊 楚楚  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードAl2O3 / grain boundary / segregation / diffusion / alumina / STEM
研究開始時の研究の概要

This research will accurately measure the atomic structures and the trace elements states in the grain boundaries of Al2O3, in order to understand the relationship between the structures and the physical properties of materials, which will help design high-performance ceramic materials.

研究実績の概要

Small concentrations of dopants that diffuse and segregate to the grain boundaries can significantly change the properties of polycrystalline Al2O3. The purpose of this research is to reveal the mechanisms of dopants segregation and diffusion in grain boundaries. Firstly, pristine and Y-doped Al2O3 grain boundaries were fabricated by the bicrystal method. By using atomic resolution STEM and EDS mapping, the grain boundary structural transformation and segregation of both Y and Ca were clearly revealed. The preferential segregation of Y and Ca to the same sites was observed, mainly due to the ionic size mismatch between dopants and the host Al. On the other hand, atomistic Ti diffusion behaviors in Al2O3 grain boundaries were investigated, by controlling the diffusion length and precisely preparing the TEM sample. The diffusion coefficients along two mutual vertical directions of the grain boundary were directly determined and the atomic structures of the structural transition areas were characterized. These results further deepen our understanding of dopants segregation and diffusion behaviors and provide important guidance towards the design of Al2O3 ceramics with better performance.

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Atomic and electronic band structures of Y-doped Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> grain boundaries2022

    • 著者名/発表者名
      Yang Chuchu、Feng Bin、Wei Jiake、Tochigi Eita、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      巻: 130 号: 3 ページ: 286-289

    • DOI

      10.2109/jcersj2.21168

    • NAID

      130008166343

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • 年月日
      2022-03-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Atomic and electronic band structures of Ti-doped Al2O3 grain boundaries2020

    • 著者名/発表者名
      Chuchu Yang, Bin Feng, Wei Jiake, Eita Tochigi, Saki Ishihara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 201 ページ: 488-493

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2020.10.018

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] The effect of Ti doping on the atomic and electronic structures in Al2O3 Σ7 grain boundaries2020

    • 著者名/発表者名
      Yang Chuchu、Feng Bin、Wei Jiake、Tochigi Eita、Ishihara Saki、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi
    • 学会等名
      2020 Annual Fall (167th) Meeting of JIM
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] The segregation and interaction of multiple dopants in an Al2O3 grain boundary2020

    • 著者名/発表者名
      Yang Chuchu、Feng Bin、Tochigi Eita、Wei Jiake、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi
    • 学会等名
      PKU-Tsinghua-UTokyo Workshop on Nano Research
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2020-07-07   更新日: 2024-03-26  

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