STEM直接観察に基づいた粒界移動の原子論的メカニズムの解明

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 22K14463
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分26010:金属材料物性関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 馮 斌 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (20811889)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 粒界移動 / 原子分解能直接観察 / セラミックス / STEM

研究成果の概要

粒界移動現象はバルク材料の微細組織形成や力学特性などの材料特性を支配することが報告されているが、その原子レベルメカニズムは不明であった。本研究では、研究代表者らが独自開発した走査透過型電子顕微鏡（STEM）をベースとした粒界移動直接観察法を用いて、さまざまなセラミックス材料の粒界移動過程を原子レベルにて直接観察することで、その素過程を明らかにした。具体的には、双結晶法を用いて多様な材料の対称傾角粒界やドーパント添加モデル粒界を作製し、これらの粒界移動直接観察を行った。その結果に基づいて、粒界原子構造やドーパント効果が粒界移動に及ぼす影響を解明した。

自由記述の分野

セラミックス界面工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、これまでブラックボックスであったセラミックス粒界の移動過程を実験的に原子レベルで解明した。その結果、粒界移動が粒界の原子構造に強く依存することが明らかになった。整合性の高い粒界では、粒界原子多面体構造の逐次変化によって移動が進行する。一方、整合性の低い粒界では、粒界移動中に構造が変化せず、界面欠陥の形成を伴う移動メカニズムで進行することが判明した。さらに、Tiなどの不純物の偏析が粒界移動を妨げる効果があることも明らかになった。これらの知見を活用することで、今後高性能セラミックス材料の設計に大きく貢献することが期待される。