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2022 年度 実績報告書

直接観察に基づいた変形双晶の原子論的メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 20H02421
研究機関東京大学

研究代表者

栃木 栄太  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (50709483)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード双晶 / その場観察 / TEM/STEM / 機械試験
研究実績の概要

fcc金属の主すべり系は{111}<1-10>であり、すべり転位はb=1/2<1-10>のバーガースベクトルを持つ。このすべり転位は{111}面上において、1/2<1-10>→1/6<2-1-1>+1/6<1-21>の反応式に従って2本の部分転位(b1=1/6<2-1-1>, b2=1/6<1-21>)へと分解していることが知られている。結晶性材料の代表的な変形モードにすべり変形と双晶変形があり、優位となる変形モードは変形温度や変形速度に依存して決定されると考えられている。転位論的には、前者は単一の{111}面上に部分転位b1、b2が対を成しすべり運動する現象、後者は隣接する{111}面上のそれぞれに部分転位b1(もしくはb2)が1本ずつすべり運動する現象と解される。つまり、すべり変形と双晶変形はともに部分転位b1が活動する点は共通しており、両変形モードの分岐はb2が形成されるかどうかという点にあると考えられる。
本研究では、微小電気機械システム(MEMS)を用いた透過型電子顕微鏡その場荷重負荷試験により、fcc金属の変形素過程の直接観察を試みた。結晶方位を制御し{111}<1-10>すべり系が活動する荷重負荷方位および観察方位が<110>となる試験片を作製した。走査透過型電子顕微鏡内にて徐々に荷重負荷を行いながら、試料端部に生じる塑性変形現象の素過程を原子レベルにて観察した。実験の結果、同一の方位関係を有する試験片においてすべり変形並びに双晶変形の両モードの活動が認められた。詳細な解析の結果、試料端の原子レベルの形状が変形モードの分岐に関連があることが示唆された。本結果はfcc金属の塑性変形挙動の基礎的知見として学術的意義があると言える。今後は理論計算等も併用することにより、試料端の構造と誘起される変形モードとの相関を探究していくことが重要と考えられる。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] サファイヤにおける菱面双晶メカニズム2022

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太,苗 斌,中村 篤智,柴田 直哉,幾原 雄一
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 61 ページ: 856-859

    • DOI

      10.2320/materia.61.856

    • 査読あり
  • [学会発表] Atomic-scale investigations of deformation and fracture behavior of ceramic materials2023

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi
    • 学会等名
      CIMTEC 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Analysis of mechanical behavior of crystalline materials by atomic-resolution in situ TEM loading experiment2023

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi, Takaaki Sato, Minjian Cao, Naoya Shibata, Hiroyuki Fujita, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      ICMR 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct Observation of Formation and Decomposition Processes of Sessile Dislocation by in-situ STEM Mechanical Testing2023

    • 著者名/発表者名
      Minjian Cao, Eita Tochigi, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara
    • 学会等名
      MRS 2022 Fall Meeting & Exhibit
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of local mechanical responses in ceramic materials based on in situ TEM observations2023

    • 著者名/発表者名
      Eita Tochigi
    • 学会等名
      MS&T 2022
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] その場STEM荷重負荷試験による 結晶格子欠陥の力学的挙動の原子レベル解析2023

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太
    • 学会等名
      その場観察分科会 2022年研究討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] 原子分解能その場TEM荷重負荷試験による結晶格子欠陥挙動の 直接観察と機械特性評価に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第35回秋季シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 亀裂開口挙動の原子レベル観察に基づいた破壊靭性値評価法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      栃木栄太, 柴田直哉, 幾原雄一
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2022材料力学カンファレンス
  • [学会発表] 原子分解能TEMその場機械試験法によるステア・ロッド型不動転位形成過程の直接観察2023

    • 著者名/発表者名
      曹 旻鑒, 栃木栄太, 柴田直哉, 幾原雄一
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2022材料力学カンファレンス
  • [学会発表] STEMその場機械試験法によるステアロッド転位の分解・再形成過程の直接観察2023

    • 著者名/発表者名
      曹 旻鑒, 栃木栄太, 佐藤隆昭, 柴田直哉, 幾原雄一
    • 学会等名
      日本金属学会 2023年春期講演大会
  • [学会発表] SrTiO3における<100>刃状転位の上昇運動の原子分解能その場観察2023

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 佐藤 隆昭, 曹 旻鑒, 柴田 直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本金属学会 2023年春期講演大会
  • [学会発表] STEMその場機械試験法に伴う原子歪変化の直接観察2023

    • 著者名/発表者名
      曹 旻鑒, 栃木栄太, 佐藤隆昭, 柴田直哉, 幾原雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第65回シンポジウム
  • [学会発表] その場荷重負荷試験による亀裂形成過程の直接観察に基づいた 破壊靭性値評価法の検討2023

    • 著者名/発表者名
      栃木 栄太, 柴田直哉, 幾原 雄一
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 第78回学術講演会
  • [備考] 東京大学生産技術研究所 栃木研究室ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/g.ecc.u-tokyo.ac.jp/nanoscale-strength

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公開日: 2023-12-25  

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