| 研究課題/領域番号 |
15H02290
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
幾原 雄一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70192474)
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| 研究分担者 |
藤平 哲也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00463878)
石川 亮 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (20734156)
栃木 栄太 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50709483)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 結晶粒界 / 透過型電子顕微鏡 / 第一原理計算 / バイクリスタル / セラミックス / 粒界偏析 / 粒界拡散 / 収差補正等差透過型電子顕微鏡 |
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| 研究実績の概要 |
本年度はこれまで開発を行ってきた界面原子構造計測、界面理論計算、界面構造ユニット制御の三つの要素技術を活用し、界面構造と機能発現メカニズムとの相関性を総合的に検討した。下記に主要な成果を挙げる。(1)プロジェクトにて導入した雰囲気下結晶接合炉を用いて大気中および還元ガス雰囲気において高温熱処理されたアルミナ粒界を作製し、その粒界原子構造を原子分解能STEMにより詳細に解析した。この際、軽元素に敏感な結像条件を選択することで、通常識別しにくい酸素カラム位置についても可視化した。2つの粒界の原子構造は異なっており、形成雰囲気が粒界構造に強く影響し得ることが明らかとなった。これは粒界構造制御を検討する上で重要な結果である。また、これら2つの粒界に対して金属元素を添加したものを作製し、粒界構造の解析を行ったところ、粒界構造と添加元素のイオン価数との間に何らかの相関があることが示唆された。今後は詳細な原子構造解析と理論解析を行い、構造変化のメカニズムおよび粒界特性の解明を目指す。(2)イットリア安定化ジルコニア粒界に関して、Stern-Brocot treeによる幾何学解析により、整合性の低い粒界（ランダム粒界）の原子構造をよく記述する理論の構築を行い、さらにこれを双結晶を用いた粒界作製手法と原子分解能STEM観察実験により実証した。 (3)粒界機械特性の解明のため、その場TEM機械試験法を用いてチタン酸ストロンチウム粒界と格子転位との相互作用を動的に直接観察した結果、粒界の方位関係によって転位に対する抵抗が異なることが明らかとなった。本知見は多結晶性材料の機械特性制御を検討する上で重要である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、本研究プロジェクトにて研究初年度に導入した雰囲気下結晶接合炉を本格的に稼動させ、特定の方位関係を有する粒界において原子構造と形成雰囲気との相関性を検討した。結果的に粒界局所構造および添加元素の偏析位置が形成雰囲気に強く依存することを見出している。これまで特定の粒界に対してその形成雰囲気依存性を原子レベルで評価した例は見受けられず、本成果は粒界構造制御の本質的理解につながる重要なものであり、期待以上の成果であると言える。また、その他の界面構造の理論的評価や粒界機械特性の解析については一定の成果が認められ、おおむね計画通り進んでいるものと判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度までに界面構造の高精度解析技術、理論予測、制御手法に関する一定の知見が得られてきた。しかしながら、界面特性に関する知見に関しては必ずしも十分に理解が進んでいない状況である。本プロジェクトの最終年度においては、最終目標である界面構造制御および異種元素添加による界面特性発現メカニズムの解明を目指し、これまでの研究方法を推進することに加え、界面特性の解析に重きを置き研究を執り行う。重点項目として次の事項が挙げられる。機能性界面の作製にはこれまで得られてきた界面構造制御に関する知見を総合的に検討し、特性発現が期待される界面を実験・理論の両面から探索する。界面の局所物性の計測には走査プローブ顕微鏡を活用し、電気伝導性や磁気特性を直接かつ定量的に計測する。さらに、STEMによる電子線エネルギー損失分光法を用い、高空間分解能での界面のバンドギャップや光学的特性を解析する。
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