| 研究領域 | ミルフィーユ構造の材料科学-新強化原理に基づく次世代構造材料の創製- |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00089
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
佐藤 庸平 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70455856)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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| キーワード | ミルフィーユMg合金 / 電子エネルギー損失分光法 / Mg-Zn-Y合金 / ミルフィーユ型Mg合金 / 電子線分光法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
アルミニウムに代わる次世代軽金属強化物質として、Mg金属中に遷移金属元素と希土類元素から成る硬質層が積層したミルフィーユ型Mg合金に注目が集まっている。この合金は高温加工を施すことで、高強度・高耐熱性を示すことが分かっている。しかしながら、なぜMg合金中に硬質層が形成されるのか、そのメカニズムは明らかになっていない。本研究課題では、ナノサイズの電子ビームを用いて、Mg合金の硬質層から直接分光測定を実施し、硬質層が安定に構成される起源の解明を行う。さらにMg合金に高温加工を施した試料からの測定も行い、高強度・高耐熱性が発現するメカニズムの解明を行う。
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| 研究実績の概要 |
希薄にZn,Yが添加されたMg合金（Mg99.2Zn0.2Y0.6合金）は、積層欠陥にZnおよびY元素が濃化した4原子の層（濃化層）を形成することが分かっているが、その層中でのZnとY元素の原子配置は明らかではなかった。本研究課題では、走査透過型電子顕微鏡法を基盤とした電子エネルギー損失分光法(STEM-EELS)を用いて、濃化層領域のみからEELS測定を実施し、STEM像による構造解析、放射光を用いた蛍光Ｘ線ホログラフィー、そして光電子分光による解析と連携して、濃化層中のZnおよびYの原子配列の解明に取り組んだ。
STEM-EELSを用いたZn-L2,3およびY-L2,3スペクトルの強度測定を行い、既知の材料であるLPSO型Mg合金との比較することで、濃化層中の組成比Zn/Yを評価した。その結果、LPSO相よりもZnが不足した組成であることが明らかになり、Ｘ線光電子分光測定による見積と一致した結果が得られた。
見積もった組成比と、蛍光Ｘ線ホログラフィーの結果を合わせ、構造モデルを解析したところ、対称性が低いMg3Zn3Y8クラスターの構造が予想され、STEM像解析によっても矛盾の無い原子像が得られることが明らかになった。この構造モデルを分光学的見地から確かめるため、EELSを用いたY-L2,3スペクトルの電子散乱角度の異方性を計測したところ、c軸方向と積層面内方向に散乱された電子によるスペクトル強度分布に異方性が観測された。構造モデルから予想されるスペクトルシミュレーションも実験と同じ強度分布変化の傾向を示し、Mg3Zn3Y8クラスター構造と矛盾の無いスペクトルが観測された。
以上のことから、希薄ZnY添加Mg合金の濃化層のZn,Yクラスター構造を明らかにすることに成功した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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