圧力ジャンプによる結晶成長の速度論的観察

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05211205
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 高野 薫 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (60133005)
• 研究分担者: 若槻 雅男 筑波大学, 物質工学系, 教授 (50114153)
• キーワード: 結晶成長 / 高圧力 / 成長形 / 拡散 / 核生成 / 二次元核生成 / ベンゼン / パラキシレン

研究概要

結晶成長機構に及ぼす圧力の効果は未だ明らかではない。本研究では、圧力ジャンプによって速度論的観察の環境を大幅に向上させ、成長形(溶解形)・成長(溶解)速度の圧力・温度・組成・過飽和度依存性の系統的な観察を行なう。それにより拡散、核生成、二次元核生成、ラフニング転移等における圧力の効果を探索する。(1)自動化には至らなかったが、マッキントッシュのパソコンに結晶画像を入力し、より高精度な成長速度の読み取りが可能になった。(2)トルエン溶媒から成長するベンゼン及びナフタレン単結晶の成長形のコーナーが、各組成で、臨界温度Tc以下ではシヤープ、以上ではラウンドし、そのTcは組成(圧力)依存性を示すことは前年度報告した。このモルフォロジー変化はコーナーの位置に(過飽和度が十分に低ければ)小さな特異面が存在し、Tcでその面のサーマル・ラフニング転移が起きるためと考えられる。本年度にさらに検討を進めた結果、上記のラウンドとシヤープの変化は上羽の理論と密接に関係することが分かり、新しい研究の方向が見いだされた。(3)パラキシレンについては、a.溶解過程の速度論的観察により拡散係数の圧力・温度依存性のラフな評価ができ、b.核生成頻度の圧力・温度依存性の検出と、c.成長形の温度・圧力・組成・過飽和度依存性の系統的な観察が行なわれた。bでは界面張力の圧力依存性が導出された。cでは成長形が多面体から骸晶に変化する臨界過飽和度の存在とその圧力・温度依存性が見いだされ、ステップ自由エネルギーの圧力・温度依存性により説明可能であることが示された。その他に拡散係数の圧力・温度依存性も考慮すべきであるが、aの結果を用いた検討は未了である。しかし、cの臨界過飽和度から評価されたステップ自由エネルギーと、cの界面張力が同様な圧力依存性を示すことは、ステップ自由エネルギーの圧力依存性検出を支持しているといえよう。

研究成果

• [文献書誌] M.Wakatsuki,K.J.Takano,H.Kagi and S.Kumagai: "Real-time evaluation of pressure using the pressure effect on emf of thermocouples" Proc.14th AIRAPT International Conf.on High Pressure Science and Technology(Joint with 1993 APS Topical Conf.),Colorado,1993. (印刷中). (1994)
• [文献書誌] K.J.Takano,K.Shino,A.Izawa,M.Miyahara and M.Wakatsuki: "Detection of a pressure-induced phase transition in a diamond anvil cell" Japan.J.Appl.Phys.31(3A). 1268-1274 (1993)
• [文献書誌] M.Wakatsuki,K.J.Takano and H.Kagi: "New Functionality Materials,Vol.C,ed.by T.Tsuruta,M.Doyama and M.Seno (Formation process of materials at high pressureの部分を担当)" Elsevier,Amsterdam, 776(91-98) (1993)