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影響因子分類に基づく高温溶融塩中での六方晶窒化ホウ素の結晶外形変化の機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K04807
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分28010:ナノ構造化学関連
研究機関信州大学

研究代表者

山田 哲也  信州大学, 学術研究院工学系, 助教 (80623735)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードフラックス法 / 窒化ホウ素 / データ駆動科学 / 結晶成長制御 / 結晶成長 / データ駆動化学 / 機械学習
研究開始時の研究の概要

溶液結晶成長手法の一種であるフラックス法は,無機化合物の結晶外形変化が可能と知られるが,制御して得ることは難しい。これは,結晶成長において考える影響因子が膨大で現象理解が困難なため,育成指針が乏しいからである。
そこで本研究では,フラックス法結晶成長の影響因子を理解したうえで,結晶外形変化を導く成長モデルを構築する。実験では第一原理計算と機械学習による影響因子候補の提案・分類に取り組むとともに,結晶外形変化を実験実証して因子分類を確定させる。
成長モデルができれば,h-BNの結晶外形制御の指針が立てられる。また,他の無機化合物の高温溶液中での結晶外形変化の学理構築の足掛かりにできる。

研究成果の概要

本研究ではデータ駆動解析により,六方晶窒化ホウ素(h-BN)のフラックス法結晶成長における低アスペクト比化に資する因子の作用・非作用の分類に取り組んだ.この結果,フラックス由来の物性値のうち,カチオン―アニオン結合距離が作用することがわかった.このほか,h-BNとフラックス由来イオン間の吸着エネルギーの寄与を調べたところ,フラックス由来アニオンの吸着方位に依存する吸着エネルギー異方性が,結晶アスペクト比変化に寄与することがわかった.h-BNへのフラックス由来アニオンの寄与は,結晶成長中のh-BN側面キャッピング効果とそれによるab面方向の結晶成長抑制をともなう成長機構として説明可能である.

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究が提示した,フラックスによる溶質表面吸着の仮説は,結晶成長におけるアスペクト比が何によって決まるかを理解するうえでの重要な指針として,学術的意義がある。加えて本研究の重要因子に関する知見は,h-BNのみならず様々な層状化合物の結晶成長予測モデル構築に役立ち,定量的な結晶外形制御探索に繋がる展望が拓ける.結晶外形は,材料性能と密接にかかわりがある.例えば,h-BNは高性能な熱伝導材料として知られ,低アスペクト比化することで,放熱フィラーの高伝導化・薄膜化・小型化ができる.よって,本知見が,機能性結晶材料の結晶外形を介した高性能化に資する社会的意義がある.

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (20件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Development of a Flux-Method Process Informatics System and Its Application in Growth Control for Layered Perovskite Ba5Nb4O15 Crystals2023

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada, H. Kaneko, F. Hayashi, T. Doi, M. Koyama, K. Teshima
    • 雑誌名

      Cryst.Growth Des.

      巻: 23 号: 12 ページ: 8678-8693

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.3c00828

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Data-Driven Reactivity Predictions between a Solute and Solvent for Inorganic Crystal Growth in Solution2023

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada, S. Ayuzawa, N. Katsuta, F. Hayashi, M. Koyama, K. Teshima
    • 雑誌名

      Cryst.Growth Des.

      巻: 23 号: 11 ページ: 7863-7872

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.3c00659

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 結晶自在制御に 向けたフラックス法 プロセス・インフォ マティクスの開拓2023

    • 著者名/発表者名
      山田 哲也・林 文隆・ 手嶋 勝弥
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 58 ページ: 685-689

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] インフォマティクスを利用したフラックス法研究の新展開2022

    • 著者名/発表者名
      山田 哲也,手嶋 勝弥
    • 雑誌名

      日本結晶成長学会誌

      巻: 49 号: 2 ページ: n/a

    • DOI

      10.19009/jjacg.49-2-03

    • ISSN
      0385-6275, 2187-8366
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 適用的実験計画法を利用した結晶搭載型LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 電極における 高分離電極構造の探索2022

    • 著者名/発表者名
      獅野和幸,山田哲也,新井義之,手嶋勝弥
    • 雑誌名

      journal of flux growth

      巻: 16

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Importance of raw material features for the prediction of flux growth of Al2O3 crystals using machine learning†2022

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Yamada, Takanori Watanabe, Kazuaki Hatsusaka, Jianjun Yuan, Michihisa Koyama, Katsuya Teshima
    • 雑誌名

      CrystEngComm,

      巻: 24 号: 17 ページ: 3179-3188

    • DOI

      10.1039/d2ce00010e

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] フラックス育成したBa5Ta4O15結晶の解釈可能なXRD特徴量とその形状の相関理解2023

    • 著者名/発表者名
      塩田哲也,山田哲也,林文隆,手嶋勝弥
    • 学会等名
      日本結晶成長学会新技術新材料分科会 第2回研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] フラックス法プロセスインフォマティクスを利用した層状酸化物の低アスペクト比結晶形状制御2023

    • 著者名/発表者名
      山田 哲也、金子 弘昌、林 文隆、古山 通久、手嶋 勝弥
    • 学会等名
      公益社団法人日本セラミックス協会第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] データサイエンスが導くフラックス法結晶成長研究の新機軸2023

    • 著者名/発表者名
      山田哲也,手嶋勝弥
    • 学会等名
      (一社)表面技術協会関東支部 第102回若手講演会 in 琉球大学
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] XRDデータを用いた酸化物結晶の粒度分布と形状のディープラーニング予測2023

    • 著者名/発表者名
      塩田 哲也,山田 哲也,柳澤 和道,Mongkol Tipplook,林 文隆,手嶋 勝弥
    • 学会等名
      日本結晶成長学会第52回結晶成長国内会議
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] データ駆動を利用した樽型h-BN結晶の新規反応場探索と寄与物性値解明2023

    • 著者名/発表者名
      長島 睦人,山田 哲也,柳澤 和道,Mongkol Tipplook,林 文隆,手嶋 勝弥
    • 学会等名
      第52回結晶成長国内会議
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] フラックスを反応駆動利用したルビー結晶の低温化育成2023

    • 著者名/発表者名
      山田哲也,鮎沢俊輔,宮川博夫,大石修治,手嶋勝弥
    • 学会等名
      第17回日本フラックス成長研究発表会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Data-Driven Flux-Method Crystal Growth of Inorganic Materials Using Bayesian Predictive Simulation2023

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Yamada, Katsuya Teshima
    • 学会等名
      International conference on crystal growth and epitaxy, iccge20
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Development of Flux-method Process Informatics to Control Crystal Growth of Layered Perovskite Oxides2023

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Yamada, Katsuya Teshima
    • 学会等名
      ICSE2023International Conference on Surface Engineering (ICSE2023) & Regional INTERFINISH 2023 for 60th Anniversary of Korean Society of Surface Science and Engineering
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] フラックス育成したBa5Ta4O15結晶の解釈可能なXRD特徴量とその形状の相関理解2023

    • 著者名/発表者名
      塩田哲也,山田哲也,林文隆,手嶋勝弥
    • 学会等名
      新技術新材料分科会 第2回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 単純酸化物結晶のフラックス法育成における寄与因子の統計解析探索2022

    • 著者名/発表者名
      山田 哲也・勝田 直輝・鮎沢 俊輔・ 手嶋 勝弥
    • 学会等名
      公益社団法人日本セラミックス協会第35回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ガウス過程回帰を利用した大型低アスペクト比 h-BN 結晶のフラックス育成および結晶成長因子の解明2022

    • 著者名/発表者名
      長島睦人, 山田哲也, 手嶋勝弥
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] フラックス法プロセスインフォマティクスによる異方性酸化物の結晶外形制御効果2022

    • 著者名/発表者名
      山田哲也, 手嶋勝弥
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ホウ酸メラミン結晶をテンプレートとした高密度h-BN 結晶構造体のフラックス育成2022

    • 著者名/発表者名
      辻祐樹,山田哲也,柳澤和道, 手嶋勝弥
    • 学会等名
      第16回日本フラックス成長研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ベイズ予測シミュレーションを用いたデータ駆動フラックス法結晶制御の効果検証2022

    • 著者名/発表者名
      山田哲也,手嶋勝弥
    • 学会等名
      第16回日本フラックス成長研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] フラックス育成したBa5Ta4O15結晶のXRD特徴量とその形状の相関性可視化2022

    • 著者名/発表者名
      塩田哲也,山田哲也,手嶋勝弥
    • 学会等名
      CSJ chemistry fest
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 六方晶窒化ホウ素のc軸結晶成長制御に向けたデータ駆動方法論の構築2021

    • 著者名/発表者名
      山田 哲也、手嶋 勝弥
    • 学会等名
      公益社団法人日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] インフォマティクスを利用したフラックス法研究の新展開2021

    • 著者名/発表者名
      山田 哲也、手嶋 勝弥
    • 学会等名
      第50回結晶成長国内会議
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] データ駆動を利用したフラックス法結晶成長研究の新展開2021

    • 著者名/発表者名
      山田 哲也
    • 学会等名
      令和3年度(2021年度)日本材料科学会若手研究者講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] テンプレートを利用したマイクロメートル級・等方性h-BN 結晶のフラックス育成2021

    • 著者名/発表者名
      辻佑樹,山田哲也,柳澤和道,手嶋勝弥
    • 学会等名
      第15 回日本フラックス成長研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 異方性酸化物の結晶外形制御に向けたベイズ最適化によるフラックス育成予測2021

    • 著者名/発表者名
      山田哲也,手嶋勝弥
    • 学会等名
      第15 回日本フラックス成長研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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