| 研究課題/領域番号 |
20K05088
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
大塚 真弘 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 講師 (60646529)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 電子顕微鏡 / 電子チャネリング効果 / ALCHEMI法 / セラミックス / ドーパント / 占有サイト / 原子変位 / 酸素空孔 / 蛍光X線分析 / 蛍光X線分光 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
機能材料におけるドーパントの微量添加はその物性を制御する常套手段の一つであり，その占有サイトや周辺原子配列，化学状態を定量的に知ることは材料機能発現を理解する上で重要である．そこで本研究では，透過電子顕微鏡における電子ビームのロッキングに対して得るX線や電子分光スペクトル，電子回折像の変動を利用し，機能材料中のドーパントの位置及び周辺環境を可視化・精密化する定量解析手法を確立することを目指す．動力学的弾性／非弾性電子散乱理論や機械学習（多変量スペクトル分解）を効果的に援用してこれらを達成することにより，各種機能材料におけるドーパント添加の学理を拡げる．
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| 研究成果の概要 |
本研究の目的は，透過電子顕微鏡において電子ビームをロッキングさせることで顕在化する電子チャネリング効果とそれに伴う各種分光スペクトルデータの変調パターンを利用し，機能材料に微量添加されたドーパントのサイト占有率だけでなくその微小変位や周辺構造（周辺原子配列）を可視化・定量化する方法を確立することである．
局所領域を狙ったビームロッキング計測を可能とする計測システムの最適化や動力学的弾性／非弾性電子散乱理論に基づく理論計算コードの拡張により，酸化物セラミックス中におけるドーパントの微小変位や周辺原子の変位，酸素空孔の存在サイトの解析などを実現した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ドーパント添加は，材料機能を制御する常套手段の一つである．それ故，不純物元素がどこを占有しているか，周囲の原子配列や化学状態がどのようになっているのかを定量的に知ることは材料機能発現を理解する上で極めて重要である．しかし，微量ドーパント近傍の母結晶の並進対称構造から外れた局所的な構造・状態変調は，回折結晶学的手法や近年発展目覚まして原子分解能走査透過電子顕微鏡分析でも容易ではない．本研究では，いくつかの実用セラミックス材料において，このようなドーパント自身やその周囲の僅かな母結晶構造からの変調を捉えることができた．いくつかの課題は残るが，本手法の発展は多くの実用機能材料分析へと寄与し得る．
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