機能附活元素の状態制御による高機能材料の創製

2011 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 機能元素のナノ材料科学
• 研究課題/領域番号: 19053008
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 谷口 尚 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, グループリーダー (80354413)
• 研究分担者: 平賀 啓二郎 北見工業大学, 工学部, 教授 (80354190) ; 吉田 英弘 物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, 主幹研究員 (80313021) ; 坂口 勲 物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, 主幹研究員 (20343866) ; 和田 芳樹 物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, 主幹研究員 (90343847) ; 大橋 直樹 物質・材料研究機構, 環境・エネルギー部門, 部門長 (60251617)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2011
• キーワード: 機能性セラミックス / 超塑性 / 粒界構造制御 / 超硬質材料

研究概要

多様な材料合成プロセスを駆使して、機能元素の添加による新規の特性を発現する高機能材料の創製を目的とした。理論計算、超微細構造研究チームとの連携により、窒化物及び酸化物セラミックスの高純度合成プロセスを基盤とした機能元素添加の制御手法の確立を目指した。強固な共有結合性結晶中で、サイズミスフィットの大きな機能元素を添加し、その配意環境を理論、構造解析の両面から明かにした。これは他の多くの化合物母結晶への多様な機能元素ドーピングの可能性を肯定するものである。酸化物系多結晶体を対象に、粒界・界面で特異的な機能を果たすナノドーパントを設計することにより、新たな多機能性材料を創製した。ナノドーパントを活用した電子素子の開発に向けた酸化物薄膜の合成やその評価を通じた検討を行い、その構造制御や素子化について、自発分極制御をはじめとする構造制御や物性制御に関する知見を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Hot Carrier-Assisted Intrinsic Photoresponse in Graphene (2011)
  • 著者名/発表者名: N.M.Gabor, T.Taniguchi, P. Jarillo-Herrero, 計9名.
  • 雑誌名: Science 巻: 344 ページ: 648
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable metal-insulator transition in double-layer graphene heterostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: L.A.Ponomarenko, A.K.Geim, T.Taniguchi, 計13名.
  • 雑誌名: Nat.Phys. 巻: 7 ページ: 958
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectroscopic analysis of Eu^<3+> in single-crystal hexagonal phase AlN (2011)
  • 著者名/発表者名: J. B. Gruber, U. Vetter, T. Taniguchi, 計7名
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 巻: 110 ページ: 023104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low Temperature Spark Plasma Sintering of Yttria Ceramics with Ultrafine Grain Size (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, K. Hiraga, K. Yamanaka, 計7名
  • 雑誌名: J. Am. Cearm. Soc. 巻: 94 [10] ページ: 3301-3307
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Transparent Yttria by High-Pressure Spark Plasma Sintering (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Zhang, B.-N.Kim, K.Morita, H.Yoshida, K.Hiraga, Y.Sakka
  • 雑誌名: J. Am. Cearm. Soc 巻: 94 ページ: 3206
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Strain-Rate Superplasticity in Oxide Ceramics: a Trial of Microstructural Design Based on Creep-Cavitation Mechanisms (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Hiraga, H.Yoshida, 計6名
  • 雑誌名: Acta Metallurgica Sinica 巻: 24 ページ: 195
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocatalytic Activity And Related Surface Properties of Transparent ZnO Films Prepared By A Low-Temperature Aqueous Route (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Wagata, N, Ohashi, 計8名
  • 雑誌名: Photochem, Photobio 巻: 87 ページ: 1009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarity Of Heavily Doped ZnO Films Grown On Sapphire And SiO_2 Glass Substrates By Pulsed LaserDeposition (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Adachi, N. Ohashi, 計11名
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 519(18) ページ: 5875-5881
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarity Determination Of Wurtzite-Type Crystals Using Hard X-Ray Photoelectron Diffraction (2011)
  • 著者名/発表者名: J.R.Williams, N.Ohashi, 計7名
  • 雑誌名: Surface Science 巻: 605 (13-14) ページ: 1336-1340
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization Of Grain Boundary As Blocking Layer For Oxygen Tracer Diffusion And A Proposed Defect Model In Non Doped BaTiO_3 Ceramics (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Watanabe, N.Ohashi, 計10名
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 (5), AR 055801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron nitride substrates for high-quality graphene electronics (2010)
  • 著者名/発表者名: C.R. Dean, T. Taniguchi, P. Kim, 計11名
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 巻: 5 ページ: 722-726
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping of hexagonal boron nitride via intercalation: A theoretical prediction (2010)
  • 著者名/発表者名: F.Oba, A.Togo, I.Taknaka, K.Watanabe, T.Taniguchi
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 81 ページ: 075125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mantle Superplasticity and Its Self-made Demise (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Hiraga, T. Miyazaki, M. Tasaka, and H. Yoshida
  • 雑誌名: Nature 巻: 468 ページ: 1091-1094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping Effect of Divalent Cations on Sintering of Polycrystalline Yttria (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Kodo, K.Soga, H.Yoshida, and T.Yamamoto
  • 雑誌名: J. Europ. Ceram Soc. 巻: 30 ページ: 2741
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase-transformation and Grain-growth Kinetics in Yttria-stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal Doped with a Small Amount of Alumina (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Matsui, H.Yoshida, and Y.Ikuhara
  • 雑誌名: J. Euro. Ceram Soc 巻: 30 ページ: 1679
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigations Of Growth Kinetics Of Pulsed Laser Deposition Of Tin Oxide Films By Isotope Tracer Technique (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.-H.Zhen, N.Ohashi, 計11名
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 108 ページ: AR 104901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of ultra-fine-grain binderless cBN tool for precision cutting of ferrous materials (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Fujisaki, H.Yokota, T.Taniguchi, 計8名
  • 雑誌名: J. Mater. Process. Technol. 巻: 209, 15-16 ページ: 5646-5652
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping-amount and temperature dependence of superplastic flow in tetragonal ZrO_2 polycrystal doped with TiO_2 and/or GeO_2 (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Yoshida, K.Morita, B.-N.Kim, K.Hiraga, and T.Yamamoto
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 57 ページ: 3029-3038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Densification Behavior of Ti-doped Polycrystalline Alumina in a Nitrogen-Hydrogen Atmosphere (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Yoshida, K.Hiraga, T.Yamamoto
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 50 [5] ページ: 1032-1036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isothermal Sintering Effects on Phase Separation and Grain Growth in Yttria-stabilized Tetragonal Zirconia Polycrystal (2009)
  • 著者名/発表者名: K.Matsui, H.Yoshida, and Y.Ikuhara
  • 雑誌名: J. Am Ceram. Soc. 巻: 92 [2] ページ: 467
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ionic conductivity of tetragonal ZrO_2 polycrystal doped with TiO_2 and GeO_2 (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Yoshida, K.Morita, B.-N. Kim, and K. Hiraga,
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic Society 巻: 29 [2] ページ: 411-418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis And Characterization Of ZnO/Glass/ZnO Structures Showing Highly Nonlinear Current-Voltage Characteristics (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Ohashi, 計6名
  • 雑誌名: Materials Transactions 巻: 50 (5) ページ: 1060-1066
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarity-Dependent Photoemission Spectra Of Wurtzite-Type Zinc Oxide (2009)
  • 著者名/発表者名: N.Ohashi, 計9名
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 94 (12) ページ: AR 122102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hexagonal Boron Nitride Single Crystal Growth at Atmospheric Pressure Using Ni-Cr Solvent (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Kubota, K.Watanabe, O.Tsuda, T.Taniguchi
  • 雑誌名: Chem.Mater. 巻: [20] ページ: 1661-1663
  • 査読あり
• [雑誌論文] Misfit Dislocation Formation at the c/t Interphase Boundary in Y-TZP (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Ii, H.Yoshida, K.Matsui, Y.Ikuhara
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramics Society 巻: 91 [11] ページ: 3810-3812
  • 査読あり
• [雑誌論文] Densific ation of Nanocrystalline Yttria by Low Temperature Spark Plasma Sintering (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Yoshida, K. Hiraga, 計6名
  • 雑誌名: J. Am. Ceram. Soc 巻: 91, 1707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hard X-Ray Photoemission Spectroscopy In Wurtzite-Type Zinc Magnesium Oxide Solid-Solution Films Grown By Pulsed-Laser Deposition (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Ohsawa, N.Ohashi, 計10名
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 92 (23) ページ: AR 232108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of high purity boron nitride single crystals under high pressure by using Ba-BN solvent (2007)
  • 著者名/発表者名: T.Taniguchi, K.Watanabe
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 巻: [303] ページ: 525-529
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-strain-rate Superplasticity in Oxide Ceramics (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Hiraga, B.-N. Kim, K. Morita, H. Yoshida, T.S. Suzuki , and Y. Sakka
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 8 [7-8] ページ: 578-587
  • 査読あり
• [学会発表] High Temperature Plastic Flow Behavior and Related Grain Boundary Phenomena in Cation-doped Tetragonal Zirconia Polycrystal (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, K. Morita, B.-N. Kim, K. Hiraga, and T. Yamamoto
  • 学会等名: THERMEC’2011 (International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials)
  • 発表場所: Quebec city, Canada
  • 年月日: 20110801-05
• [学会発表] Characterization and Management of Defects in Oxides (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Ohashi
  • 学会等名: ICMAT2011, 主催: The Materials Research Society of Singapore
  • 発表場所: シンガポール
  • 年月日: 20110626-0701
• [学会発表] Synthesis of hBN single crystals under high pressure and high temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Taniguchi
  • 学会等名: 第7回日米セミナー Nanoscale Transport Phenomena, JSPS(Japan)
  • 発表場所: Ise-Shima, Japan
  • 年月日: 2011-12-11
• [学会発表] 超塑性セラミックスの開発-無機材料化学と金属学の観点から- (2011)
  • 著者名/発表者名: 平賀啓二郎, 金炳男, 森田孝治, 吉田英, 目義雄
  • 学会等名: 日本化学会北海道支部北見地区講演会
  • 発表場所: 北見工業大学
  • 年月日: 2011-11-22
• [学会発表] 高純度窒化ホウ素単結晶及び焼結体の高圧合成と機能発現 (2011)
  • 著者名/発表者名: 谷口 尚
  • 学会等名: 先進セラミックス第124委員会 第136回会議,日本学術振興会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-06-02
• [学会発表] High purity boron nitride: synthesis under high pressure and 1atm, and their properties (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Taniguchi
  • 学会等名: NDNC2011
  • 発表場所: Matsue, Japan
  • 年月日: 2011-05-16
• [学会発表] 高圧下温度差法による窒化ホウ素単結晶の合成と不純物制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 谷口 尚
  • 学会等名: 高圧を用いたワイドバンドギャップ半導体単結晶の育成と評価」応用物理学会 結晶工学分科会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-04-21
• [学会発表] Doping Effect on High-Temperature Plastic Flow in Fine-grained Alumina (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, Y. Ikuhara, and T. Sakuma
  • 学会等名: 2010 AGU (The American Geophysical Union) Fall Meeting
  • 発表場所: San Francisco, California, USA
  • 年月日: 20101213-17
• [学会発表] High-purity boron nitrides single crystals and sintered bodies (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Taniguchi
  • 学会等名: CIMTEC 2010
  • 発表場所: Florence, Italy
  • 年月日: 20100606-11
• [学会発表] Charge compensation in oxide semiconductors (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Ohashi
  • 学会等名: International Symposium on Compound Semiconductor Week 2010, 主催：Japan Society of Applied Physics
  • 発表場所: 高松
  • 年月日: 20100531-0604
• [学会発表] Development of zinc oxide and its related materials and structures (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Ohashi
  • 学会等名: Korea-Japan Joint Workshop on Semiconductor Physics and devices, 韓国物理学会・日本応用物理学会 共催, 韓国
  • 年月日: 2010-04-21
• [学会発表] 酸化物セラミックスのナノ粒界制御と高温物質輸送現象 (2010)
  • 著者名/発表者名: 吉田英弘
  • 学会等名: 日本金属学会2010年（第146回）春期大会
  • 発表場所: 筑波大学
  • 年月日: 2010-03-28
• [学会発表] 高純度窒化ホウ素単結晶の高圧・常圧合成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 谷口 尚
  • 学会等名: 第22回 秋季シンポジウム,日本セラミックス協会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 20090916-18
• [学会発表] Grain Boundary Nanostructure and High Temperature Plastic Flow in Polycrystalline Oxide Ceramics (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Yoshida, K.Morita, B.-N.Kim, K.Hiraga
  • 学会等名: THERMEC’ 2009 (International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials)
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 20090825-29
• [学会発表] ”高圧合成プロセスにおける機能元素制御による新機能材料の創製”日本金属学会セミナー「機能元素のナノ材料科学」 (2009)
  • 著者名/発表者名: 谷口 尚
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2009-07-24
• [学会発表] 超高圧力下におけるIII族窒化物 結晶・焼結体の合成 ～高純度化と不純物添加による機能発現 (2008)
  • 著者名/発表者名: 谷口 尚
  • 学会等名: 日本金属学会 2008年秋季(第143回）大会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 20080923-25
• [学会発表] High Temperature Plastic Flow and Related Grain Boundary Matter Transport Phenomena in Polycrystalline Oxide Ceramics (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, K. Morita, B.-N. Kim and K. Hiraga
  • 学会等名: Mechanics and Mechanisms of Finite Plastic Deformation
  • 発表場所: Kauai, Hawaii, USA
  • 年月日: 20080103-08
• [産業財産権] 高窒素含有遷移金属窒化物の製造方法及び高窒素含有遷移金属窒 化物 (2011)
  • 発明者名: 川村史朗, 谷口 尚, 他
  • 権利者名: 物質・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許, 特願2011-155185:
  • 出願年月日: 2011-07-13
• [産業財産権] 透光性YAG多結晶体とその製造方法 (2010)
  • 発明者名: 吉田英弘, 曽我公平, 山本剛久
  • 権利者名: 吉田英弘, 曽我公平, 山本剛久
  • 産業財産権番号: 特許, 特願2008-326477
  • 取得年月日: 2010-06-10
• [産業財産権] 切削工具とこれを用いた切削方法 (2008)
  • 発明者名: 横田秀夫, 藤崎和弘, 谷口 尚, 他
  • 権利者名: 理化学研究所
  • 公開番号: 特許, 特開 2009-214213:
  • 出願年月日: 2008-03-10
• [産業財産権] 酸化イットリウム焼結体及び当該焼結体の製造方法 (2008)
  • 発明者名: 曽我公平, 河道正泰, 山本剛久, 吉田英弘
  • 権利者名: 東京理科大学
  • 産業財産権番号: 特許, 特願2008-021606
  • 取得年月日: 2008-01-31