耐熱・耐環境セラミックスの高機能化

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 機能コアの材料科学
• 研究課題/領域番号: 19H05792
• 研究機関: 一般財団法人ファインセラミックスセンター
• 研究代表者: 北岡 諭 一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 理事 副所長 (80416198)
• 研究分担者: 吉田 英弘 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (80313021) ; 中平 敦 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (90172387)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: 酸化物 / ポテンシャル場 / 物質移動 / 界面 / 欠陥

研究実績の概要

本研究は、酸化物セラミックス中の“機能コア”により特殊なポテンシャル場において発現する特性を解明するとともに、その情報にもとづき耐熱・耐環境性に優れるセラミックスの新機能創出や革新的プロセス開発を行うことを目的とする。本年度の主な実施内容を以下に示す。
高温酸素ポテンシャル勾配下（dμO）：高温dμO下に曝したアルミナ双晶膜に対して、粒界を介した物質移動と粒界コア構造の関係を評価・解析した。その結果、OとAlのdμO方向の移動は、移動方向に位置する粒界面上の振動振幅の小さい原子サイトが移動障壁になることが示唆された。また、dμO下において高PO2表面側を乾燥から加湿にすることで、OとAlの粒界を介した移動が共に促進されたのは、粒界コア構造内の振動振幅大のOに隣接するHの移動が関与した可能性がある。
高化学ポテンシャル溶媒下：高化学ポテンシャル溶媒環境において合成する酸化物ナノ粒子に関し，機能コアとなる添加イオンに関する解析を行った。超臨界水熱法により高純度のY2O3安定化ZrO2を合成するには、アルカリ源として揮発性のpH調整剤や、接液部をアルカリへの耐食性の高いTiとすることが有効であることがわかった。
高電磁場： 様々なセラミックス多結晶を対象に、高電磁場下における点欠陥導入と物質輸送の描像を得た。例えばXPSによる高電磁場処理試料の電子状態計測の結果、交流ないし直流高電場下で高速焼結されたY2O3緻密体において、Y3d軌道束縛エネルギーが低下していた。これはY周囲の電子密度の増加、すなわち正に帯電した酸素空孔の濃度上昇を示している。すなわち高電磁場下で非平衡に導入された点欠陥こそがこの機能コアの本質であり、この知見はこれまでの実験結果とも合致する。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Mass transfer in Yb3Al5O12 films at high temperatures under oxygen potential gradients (2024)
  • 著者名/発表者名: Kitaoka Satoshi、Matsudaira Tsuneaki、Kawashima Naoki、Ogawa Takafumi、Yamazaki Naoki、Hosoya Nagisa、Nakamura Takeshi
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic Society 巻: 44 ページ: 1188～1201
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2023.09.057
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tetragonal phase stabilization and densification in AC flash-sintered 1.5 mol% yttria-stabilized zirconia polycrystals with high toughness (2024)
  • 著者名/発表者名: Ong Fei Shen、Nambu Kohta、Hosoi Kohei、Kawamura Kenta、Masuda Hiroshi、Feng Bin、Matsui Koji、Ikuhara Yuichi、Yoshida Hidehiro
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic Society 巻: 44 ページ: 1036～1043
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2023.09.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical and mechanical properties of rutile TiO2 subjected to AC flash processing (2024)
  • 著者名/発表者名: Masuda Hiroshi、Tokunaga Tomoharu、Yamamoto Takahisa、Yoshida Hidehiro
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 246 ページ: 116088～116088
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2024.116088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of oxygen potential gradient on mass transfer in polycrystalline alumina film doped with trace elements (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsudaira Tsuneaki、Ogawa Takafumi、Takeuchi Miyuki、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi、Kitaoka Satoshi
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 252 ページ: 118927～118927
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2023.118927
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of oxygen potential gradient on mass transfer along grain boundary in alumina bicrystal (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsudaira Tsuneaki、Ogawa Takafumi、Takeuchi Miyuki、Wei Jiake、Feng Bin、Shibata Naoya、Ikuhara Yuichi、Kitaoka Satoshi
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 131 ページ: 632～639
  • DOI: 10.2109/jcersj2.23073
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis and characterization of Ti1－2x(FeNb)xO2 solid solutions for visible-light-active photocatalyst (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishio Takuya、Murata Hidenobu、Tokudome Yasuaki、Nakahira Atsushi
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 131 ページ: 712～716
  • DOI: 10.2109/jcersj2.23013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fabrication of the bandgap-tuned alkaline earth-alloyed SnS solar cell (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Fumio、Song Yelim、Murata Hidenobu、Tampo Hitoshi、Nagai Takehiko、Koida Takashi、Jeon Jaeeun、Imura Masataka、Yamada Naoomi
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 131 ページ: 708～711
  • DOI: 10.2109/jcersj2.22162
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Densification of hydroxyapatite ceramics by field-assisted sintering followed by controlled current ramp sintering (2023)
  • 著者名/発表者名: Li Lieyang、Masuda Hiroshi、Murata Hidenobu、Nakahira Atsushi、Yoshida Hidehiro
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 131 ページ: 723～730
  • DOI: 10.2109/jcersj2.23074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical bonding and crystal structure in flash sintered Y2O3 under DC or AC field (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto Ayano、Nambu Kohta、Masuda Hiroshi、Yoshida Hidehiro
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic Society 巻: 43 ページ: 3516～3523
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2023.01.062
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sintering and deformation properties of forsterite + diopside aggregates in an electrical field (2023)
  • 著者名/発表者名: Tasaka Miki、Maeda Koki、Nambu Kohta、Motomura Hiroki、Yoshida Hidehiro
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 341 ページ: 107051～107051
  • DOI: 10.1016/j.pepi.2023.107051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frontiers of Flash Sintering and Functional Activation by Electric Field Application (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Hidehiro
  • 雑誌名: Materia Japan 巻: 61 ページ: 651～655
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 通電支援焼結技術の基礎と最近の研究動向 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉田英弘
  • 雑誌名: セラミックス 巻: 58 ページ: 833～839
  • オープンアクセス
• [学会発表] Interparticle-necking assisted grain size control and tetragonal phase stabilization of flash-sintered 1.5 mol% yttria-stabilized zirconia (2024)
  • 著者名/発表者名: 〇F.S. Ong, K. Kawamura, K. Hosoi, B. Feng, K. Matsui, Y. Ikuhara, H. Yoshida
  • 学会等名: ICACC2024
  • 国際学会
• [学会発表] 遊星ボールミルによるゼオライトナノ粒子の作製と粉砕挙動 (2024)
  • 著者名/発表者名: ◯向井 千雅, 村田 秀信, 徳留 靖明, 中平 敦
  • 学会等名: 第62回セラミックス基礎科学討論会
• [学会発表] 水熱ホットプレス法によるマラカイト緻密体の作製と評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: ◯坂本 光平, 村田 秀信, 稲田 亜紀子, 徳留 靖明, 中平 敦
  • 学会等名: 第62回セラミックス基礎科学討論会
• [学会発表] Improvement of EBC performance by controlling driving forces for mass transfers in oxides (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇S. Kitaoka, T. Matsudaira, T. Ogawa, M. Wada
  • 学会等名: The 49th International Conference on Metallurgical Coatings and Thin Films (ICMCTF 2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effects of dopants segregated at grain boundaries on mass transfer in alumina films under oxygen potential gradients at high temperatures (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Kitaoka
  • 学会等名: Gordon Research Conference on High Temperature Corrosion
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effects of dopant on mass transfer along grain boundary in polycrystalline alumina film under oxygen potential gradients at high temperatures (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇S. Kitaoka, T. Matsudaira, T. Ogawa, M. Takeuchi, N. Shibata, Y. Ikuhara
  • 学会等名: Sintering 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of structural changes of Yb silicates under water vapor by electron energy-loss spectroscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇T. Ogawa, B. Miao, J. Wei, B. Feng, N. Shibata, T. Matsudaira, S. Kitaoka
  • 学会等名: 11th Inter. Conf. on High Temp. Ceramic Matrix Composites (HTCMC-11)
  • 国際学会
• [学会発表] Yb シリケート及び関連材料のO K 端スペクトルの理論計算 (2023)
  • 著者名/発表者名: ○小川 貴史, Miao Bin, Wei Jiake, Feng Bin, 柴田 直哉, 松平 恒昭, 北岡 諭
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
• [学会発表] 点欠陥化学に基づく材料設計に向けた理論解析ツールの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇小川貴史，桑原彰秀，北岡諭
  • 学会等名: 第17回物性科学領域横断研究会
• [学会発表] ナノ構造解析と連携した遮熱コーティング材料の設計指針の検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小川貴史
  • 学会等名: 耐熱複合材料・コーティングの高度化に関する研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Effect of Oxygen Potential Gradient on Mass Transfer Through Grain Boundaries in Alumina Films (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇T. Matsudaira, T. Ogawa, M. Takeuchi, J. Wei, B. Feng, N. Shibata, Y. Ikuhara, S. Kitaoka
  • 学会等名: MRM2023／IUMRS-ICA2023_3rd Materials Research Meeting (MRM), 24th IUMRS-International Conference in Asia (ICA)
  • 国際学会
• [学会発表] 交流電場下における3Y-TZPセラミックスの高温引張延性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇今西 創生, 増田 紘士, 吉田 英弘
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会2023年度春季大会（第131回講演大会）
• [学会発表] 電場がZnSのナノインデンテーション特性に及ぼす効果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇桑原 悠人, 増田 紘士, 吉田 英弘
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会2023年度春季大会（第131回講演大会）
• [学会発表] フラッシュ焼結したY2O3における欠陥の荷電状態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇増田 紘士, 中元 綾乃, 南部 洸太, 吉田英弘
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会2023年度春季大会（第131回講演大会）
• [学会発表] Formation of the Al2O3-based eutectic composite by a flash event and the microscopic deformation behavior (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇Y. Aoki, H. Masuda, H. Yoshida
  • 学会等名: Conference & Exhibition of the European Ceramic Society XVIII (ECerS 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Towards high-speed and low-temperature superplastic deformation in structural ceramics (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida
  • 学会等名: The 14th International Conference on Superplasticity in Advanced Materials; ICSAM2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Defect characterization associated with DC and AC flash sintering of non-doped Y2O3 polycrystals (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇H. Masuda, A. Nakamoto, K. Nambu, H. Yoshida
  • 学会等名: Sintering 2023
  • 国際学会
• [学会発表] Diffusional mass transport phenomena under flash event in oxide ceramics (2023)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida
  • 学会等名: Sintering2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fabrication of Al2O3-GAP eutectic ceramics with a fine anisotropic microstructure using a flash event (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇Y. Aoki, H. Masuda, H. Yoshida
  • 学会等名: Sintering 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 強電場処理によって発現するジルコニアセラミックスのユニークな力学応答：擬弾性挙動を中心に (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉田英弘
  • 学会等名: 第2回FCセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 交流フラッシュ処理を施したルチル型TiO2における弾性軟化 (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇増田 紘士, 徳永 智春, 山本 剛久, 吉田 英弘
  • 学会等名: 日本金属学会2023年秋期 (第173回) 講演大会
• [学会発表] Determination of diffusion coefficient of cations in Y2O3 under flash events (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇Y. Yang, A. Nakamoto, K. Nambu, Y. Aoki, H. Masuda, H. Yoshida
  • 学会等名: JSPM international Conference on Powder and Powder Metallugy (JSPMIC 2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Flash sintering of dense 1.5-mol% yttria-stabilized zirconia with high toughness through current-ramp control (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇F.S. Ong, K. Nambu, K. Hosoi, K. Kawamura, B. Feng, K. Matsui, Y. Ikuhara, H. Yoshida
  • 学会等名: PACRIM15
  • 国際学会
• [学会発表] Unique Material Properties in Oxide Ceramics Induced by Strong Electric Field and Current (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇H. Yoshida, H. Masuda, T. Yamamoto, H. Murata, A. Nakahira
  • 学会等名: MRM2023／IUMRS-ICA2023_3rd Materials Research Meeting (MRM), 24th IUMRS-International Conference in Asia (ICA)
  • 国際学会
• [学会発表] Microstructure and deformability of Al2O3-based eutectic composites produced by the electric field-assisted process (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇Y. Aoki, H. Masuda, H. Yoshida
  • 学会等名: MRM2023／IUMRS-ICA2023_3rd Materials Research Meeting (MRM), 24th IUMRS-International Conference in Asia (ICA)
  • 国際学会
• [学会発表] Rate-dependent nanoindentation responses of AC-flash-processed TiO2 (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇H. Masuda, T. Tokunaga, T. Yamamoto, H. Yoshida
  • 学会等名: MRM2023／IUMRS-ICA2023_3rd Materials Research Meeting (MRM), 24th IUMRS-International Conference in Asia (ICA)
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of a strong DC electric field on nanoindentation hardness and Young’s moduli of ZnS (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇H. Kuwabara, H. Masuda, H. Yoshida
  • 学会等名: MRM2023／IUMRS-ICA2023_3rd Materials Research Meeting (MRM), 24th IUMRS-International Conference in Asia (ICA)
  • 国際学会
• [学会発表] High Temperature Tensile Ductility of 3Y-TZP under an AC Electric Field (2023)
  • 著者名/発表者名: 〇I. Imanishi, H. Masuda, H. Yoshida
  • 学会等名: MRM2023／IUMRS-ICA2023_3rd Materials Research Meeting (MRM), 24th IUMRS-International Conference in Asia (ICA)
  • 国際学会
• [学会発表] がん細胞への標的性を付与したCo-Al系層状複水酸化物ナノ粒子の合成 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯北川虹花, 徳留靖明, 永墓克海, 小幡亜希子, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 日本ゾルーゲル学会第21回討論会
• [学会発表] X線μ-CT用造影剤の開発に向けた層状複水酸化物ナノ粒子のアニオン交換特性の調査 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯赤松直輝, 村田秀信, 徳留靖明, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第17回関西支部学術講演会
• [学会発表] 遊星ボールミルによるゼオライトの微粒子化と再結晶条件 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯向井千雅, 村田秀信, 徳留靖明, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第17回関西支部学術講演会
• [学会発表] 水熱ホットプレス法によるマラカイト緻密体の作製と評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯坂本光平, 村田秀信, 稲田亜紀子, 徳留靖明, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第17回関西支部学術講演会
• [学会発表] X線μ-CT造影剤用NiAl系層状複水酸化物ナノ粒子粉末の効率的な合成に向けた乾燥法の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯安東洋祐, 徳留靖明, 米田克輝, 樽谷直紀, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第17回関西支部学術講演会
• [学会発表] 層状水酸化マグネシウムナノ結晶分散液の合成と評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯網本彩花, 徳留靖明, 井林秀太, 小幡亜希子, 樽谷直紀, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第17回関西支部学術講演会
• [学会発表] ナノスケール細孔を有する水酸化アルミニウムマイクロビーズの合成 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯伊東芽衣, 徳留靖明, 石塚紀生, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第17回関西支部学術講演会
• [学会発表] 塩濃度勾配法による塩基性銅塩結晶の合成と評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯田中佑以子, 村田秀信, 稲田亜紀子, 徳留靖明, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第17回関西支部学術講演会
• [学会発表] M, Nb共添加TiO2（M=Mn, Fe, Co, Ni）の合成と色度評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯長友遥, 村田秀信, 徳留靖明, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第17回関西支部学術講演会
• [学会発表] 水熱ホットプレス法によるNi-Al LDH緻密体の作製と評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯米恭佑, 村田秀信, 徳留靖明, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第17回関西支部学術講演会
• [学会発表] 強制薄膜式リアクターを用いた酸化セリウムナノ粒子の合成と粒子径制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯吉住真衣, 荒木加永子, 榎村眞一, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 日本材料学会第159回セラミック材料部門委員会(学術講演会)
• [学会発表] 常圧乾燥LDHナノ粒子粉末を利用したX線μ-CT用血管造影剤の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯安東洋祐, 徳留靖明, 米田克輝, 樽谷直紀, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 日本バイオマテリアル学会第18回関西ブロック若手研究発表会
• [学会発表] 親水性高分子含有CuS自立膜の作製と光熱変換水蒸発特性の評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯大西一輝, 徳留靖明, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
• [学会発表] 層状水酸化マグネシウムナノ結晶分散液の合成と紡糸性評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯網本彩花, 徳留靖明, 井林秀太, 小幡亜希子, 樽谷直紀, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
• [学会発表] NiAl系LDHナノ粒子濃厚再分散液の合成に向けた粒子乾燥法の検討 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯安東洋祐, 徳留靖明, 米田克輝, 樽谷直紀, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 第74回コロイドおよび界面化学討論会
• [学会発表] 超臨界水熱法でのYSZナノ粒子の合成おけるアルカリの影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯板垣陽地, 神澤恒毅, 村田秀信, 松井光二, 徳留靖明, 中平敦
  • 学会等名: 日本金属学会2023年秋季(第173回)講演大会
• [学会発表] 生分解性不織布への応用を見据えた層状水酸化マグネシウムナノ結晶分散液の合成 (2023)
  • 著者名/発表者名: ◯網本彩花, 徳留靖明, 井林秀太, 小幡亜希子, 樽谷直紀, 村田秀信, 中平敦
  • 学会等名: 日本セラミックス協会関東支部第11回若手研究発表交流会
• [学会発表] Deintercalation and Intercalation Behaviors of Ni-Al Layered Double Hydroxide Dense Bulks Prepared by Hydrothermal Hot-Pressing Method (2023)
  • 著者名/発表者名: Kyosuke Yone, ◯Hidenobu Murata, Yasuaki Tokudome, Atsushi Nakahira
  • 学会等名: MRM2023／IUMRS-ICA2023_3rd Materials Research Meeting (MRM), 24th IUMRS-International Conference in Asia (ICA)
  • 国際学会
• [備考] 構造セラミック材料学研究室
  • URL: http://www.ceramic.t.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 工学部 マテリアル工学科／工学研究科 物質化学生命系専攻 マテリアル工学分野 生体材料研究グループ
  • URL: https://www.omu.ac.jp/eng/biomat/