超高圧・超高温・超急冷によるダイヤモンドの状態変化と200万気圧までの状態図

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04453068
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 近藤 建一 東京工業大学, 工業材料研究所, 助教授 (50111670)
• 研究分担者: 八木 寿子 (平井 寿子) 東京工業大学, 工業材料研究所, 助手 (60218758)
• キーワード: ダイヤモンド / 炭素 / 新物質 / 衝撃圧縮 / 超高圧力 / 超高温 / 超急冷 / 状態図

研究概要

1.ダイヤモンドおよび種々の炭素を衝撃圧縮によって100 GPa、10^4 Kまでの条件下に置き、圧力が持続している約1μsの時間内に、10^<10> K/s以上の冷却速度で急冷して回収する方法を開発し、炭素新相探索の新しい技術を確立することができた。すなわち、前年度までは55 GPaまでしか回収できなかったものが、回収金型の材料とデザインを種々試行した結果、マレージング鋼もしくは高張力鋼を使用することで目均の領域での実験が可能となったものである。
2.種々の炭素材料、すなわち天然黒鉛、等方性人造黒鉛、ガラス状炭素、メソフェーズ球体、パイロリティック黒鉛、パーマフォイル、カーボンブラック、フラーレンを全く同一の条件で上記の条件下から超急冷後回収する実験を行い、高温高圧下での相転移の活性化エネルギーが大きく異なることが明らかになった。このことは、平衡状態図と反応状態図の解離が著しく大きいことを示している。
3.純度および結晶性の良いフラーレンを用いることで、結晶結合形態は純粋にダイヤモンドでありながら、長距離の結晶秩序をもたない透明なアモルファスダイヤモンドを得ることができた。これは、これまでに作られたことのない物質と言え、ダイヤモンドへの転換過程を凍結し得た証拠でもある。
4.現有の二段式軽ガス衝撃合成装置に高速化ユニットを装備して、飛翔体の最高速度 5km/sを得るために装置の改造を行ったが、動作時における超高圧ガスのリークが原因となって4.3km/s以上の加速ができないことが明かとなり、改修を継続して行っている。

研究成果

• [文献書誌] H.Hirai,K.Kondo & H.Sugiura: "Possible structural models of n-diamond:A modified form of diamond" J.Appl.Phys.61. 414-416 (1992)
• [文献書誌] H.Hirai,K.Kondo & T.Owada: "Quenching a transition of C_<60>fullerene to diamond under shock compression" Carbon. 31. 1095-1098 (1993)
• [文献書誌] K.Kondo,S.Sawai,M.Akaishi & S.Yamaoka: "Deformation Behaviour of shock-synthesized diamond powder under high pressure and high temperatures" J.Mater.Sci.Lett.12. 1383-1385 (1993)
• [文献書誌] 近藤建一,平井寿子: "新しい結晶構造の炭素と非平衡プロセス" 炭素. 155. 320-334 (1992)
• [文献書誌] 平井寿子,近藤建一: "多様な炭素の挙動-準安定相と混成軌道概念拡大の可能性-" 鉱物学雑誌. 21. 269-275 (1992)
• [文献書誌] 近藤建一: "衝撃圧縮の温度・圧力決定における問題点" 圧力技術. 30. 136-142 (1992)