• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実施状況報告書

ナノ欠陥エンジニアリングによるアモルファスダイヤモンドの直接変換法に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 21K04905
研究機関兵庫教育大学

研究代表者

庭瀬 敬右  兵庫教育大学, 学校教育研究科, 教授 (50198545)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード黒鉛 / ダイヤモンド / 欠陥 / ボールミリング / 衝撃圧縮 / 高圧高温
研究実績の概要

本研究の目的は,高エネルギー粒子線照射や機械的破壊によって導入された欠陥を用いて極限環境の非平衡状態下での新たな物質創製の方法を見出し,そのプロセスおよび導入された欠陥がどのような特徴をもち,新たな物質への変換への役割を果たすかを明らかにすることである。
炭素系物質は,黒鉛,ダイヤモンド,フラーレンなどの同素体が存在する。それらを,高エネルギー粒子線照射下やボールミリング,衝撃圧縮や高温・高圧状態の環境の中での試料への様々な働きかけの中に熱平衡状態には無いナノ欠陥エンジニアリングの研究余地があると考えられる。我々はこれまで,衝撃圧縮や高圧高温下でアモルファスダイヤモンドや多結晶ダイヤモンド,炭素空洞球,圧縮黒鉛が生成されることを見出している。
また,高エネルギー粒子線照射と共に試料中に欠陥を導入する方法であるボールミリングによって生成される欠陥の性質について,様々な材質の容器とボールを用いてボールミリングを行っているが,条件によっては照射下で生成される熱的に安定な欠陥が形成される。そのミリング条件依存性を調べるために,ボールの種類を変えて系統的に調べている。特に,熱的に安定した欠陥の生成条件を明らかにするために,密度の異なるボールを用いた実験を行っている。現在,窒化ケイ素のボールが安定な欠陥生成の閾の条件を見出す実験が可能であると予測されているので,その実験を準備している。また,高圧高温化での中性子照射欠陥を含んだ試料の構造のその場変換に関して放射光を用いた研究を行っている。
今年度は,得られた結果を,金属学会,表面科学会,放射線プロセスシンポジウムや国際会議で発表し,論文を2報報告した。

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

高圧高温下の新たな物質創成に関しては,我々が見出した圧縮黒鉛の構造などに関する情報や中性子照射欠陥の性質に関する情報を得るために,中性子照射された黒鉛の高圧高温実験によりバルク試料を作成して調査を行う実験を共同研究で行っている。特に圧縮黒鉛の生成条件や構造を明らかにするために高圧高温条件を変化させて,バルクの回収試料を得て解析を行っている。ボールミリングでの実験に関しては,窒化ケイ素のボールや容器を用いた実験の準備を行っている。
これまで得られた結果を国内の学会や国際会議,論文として積極的に発表することを一つの目的としているが,今年度は,金属学会,表面科学会,放射線プロセスシンポジウムや国際会議で発表し,論文も共同研究として2報報告している。

今後の研究の推進方策

中性子照射された黒鉛は,均一に欠陥が生成されるために新たな炭素系物質の創成に特に有効であるが,照射欠陥がどのように物質創成に関係しているかは未だ明らかでない。本研究では,これまで衝撃圧縮でその他の環境下での材料の変化を調べることにより,そのポテンシャルの広がりの範囲を確認する。具体的には,静水圧下での挙動を調べて,衝撃圧縮下での変化と対比させることによって,そのポテンシャルを浮かび上がらせる。静水圧と衝撃圧縮の違いは、圧力をかけるまでの温度上昇の時間の違いにある。静水圧下では温度上昇をさせるまでの時間が衝撃圧縮に比べて長いために、照射によって導入された欠陥が焼鈍される可能性があり,その影響を明らかにすることによって新たな炭素系物質の材料設計が可能となる。また,ボールミリングに関しては熱的に安定な欠陥の生成条件をボールなどの密度の関数としての評価を行う。

次年度使用額が生じた理由

ボールミリングに使用する消耗品の額が当該年度分では不足したので,次年度の経費と合わせて購入することとしたため。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] In situ X-ray diffraction study on structural changes of neutron-irradiated highly oriented pyrolytic graphite under room-temperature compression and decompression2022

    • 著者名/発表者名
      Syusaku Nakamura, Wataru Nakamura, Shunjiro Fujii, Shin-ichi Honda, Masahito Niibe, Mititaka Terasawa, Yuji Higo, Keisuke Niwase
    • 雑誌名

      Diamond & Related Materials

      巻: 123 ページ: 108828, 5 pages

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2022.108828

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In situ observation of transformation of neutron-irradiated highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) by X-ray diffraction under high-pressure and high-temperature treatment2021

    • 著者名/発表者名
      Honda Shin-ichi、Higo Yuji、Niwase Keisuke、Niibe Masahito、Terasawa Mititaka、Taguchi Eiji、Nakamura Syusaku
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: 095002, 6 pages

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac14a4

    • 査読あり
  • [学会発表] 中性子照射した黒鉛の高圧・高温下での相変化のその場 X線回折2022

    • 著者名/発表者名
      庭瀬敬右,本多信一,肥後祐司, 新部正人,寺澤倫孝,田口英次,中村航
    • 学会等名
      日本金属学会
  • [学会発表] 中性子照射された高配向性熱分解グラファイトの高温高圧下での構造変化に関するその場X線回折観察2021

    • 著者名/発表者名
      中村 航,中村 周作, 藤井 俊治郎,本多 信一,新部正人 ,寺澤 倫孝,肥後 祐司,庭瀬 敬右,佐藤 庸平
    • 学会等名
      第18回放射線プロセスシンポジウム
  • [学会発表] Generation of novel materials and structures in extreme conditions of irradiation and shock-compression2021

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Niwase
    • 学会等名
      Vebleo
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] The Modifications of Metallic and Inorganic Materials by Using Energetic Ion/ Electron Beams2022

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Iwase, Keisuke Niwase et al.
    • 総ページ数
      267
    • 出版者
      MDPI
    • ISBN
      978-3-0365-3094-9

URL: 

公開日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi