原子分解能ホログラフィーに基づくミルフィーユ構造形成過程の３次元可視化

2022 年度 実績報告書

• 研究領域: ミルフィーユ構造の材料科学-新強化原理に基づく次世代構造材料の創製-
• 研究課題/領域番号: 21H00099
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 木村 耕治 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20772875)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 蛍光X線ホログラフィー / ミルフィーユ構造 / Mg合金

研究実績の概要

本研究では、添加元素が層状に挿入された構造を有するミルフィーユ型Mg合金の構造を原子レベルで解明することを目的としている。特に、熱処理によって微量に添加したZnとYの原子配列がどのように変化するに着目して、蛍光X線ホログラフィーによる構造解析に取り組んできた。蛍光X線ホログラフィーは、微量な添加元素の配列を３次元的に解析できる強力な手法である。これにより、ミルフィーユ構造の形成過程に資する構造的知見が得られると期待される。
昨年度までで、熱処理を施す前のMg合金に蛍光X線ホログラフィーを適用し、従来提唱されていた原子配列とは異なる、希薄合金特有のZn-Yクラスターが形成されていることを明らかにした。
本年度は、熱処理を施したMg合金に蛍光X線ホログラフィーを適用し、添加元素の配列を調べた。一方向凝固材を準備し、520℃で5時間の熱処理を行った。実験は大型放射光施設SPring-8で実施し、質の高いZn-Ka線のホログラムデータを得ることができた。データを詳細に解析したところ、熱処理前で形成していたZn-Yクラスター構造が、熱処理後の試料では観測されなかった。この結果は、別途実施した電子顕微鏡による観察結果とも符合していた。得られた原子像から、ZnはMgのサイトに単純に置換していることが分かった。熱処理により、力学特性が低下することが知られていることから、Zn-Yクラスターの形成が機械強度向上の要因となっていることが示唆された。

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

• [雑誌論文] Local Structural Analysis around Solute-Element in Annealed Mg<sub>99.2</sub>Zn<sub>0.2</sub>Y<sub>0.6</sub> Alloy Using X-ray Fluorescence Holography (2023)
  • 著者名/発表者名: Kimura Koji、Egusa Daisuke、Hagihara Koji、Happo Naohisa、Kawamura Naomi、Tajiri Hiroo、Hayashi Kouichi、Abe Eiji
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 64 ページ: 750～755
  • DOI: 10.2320/matertrans.MT-MD2022009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local structure analysis around Y in Mg99.7Y0.3 single crystal using x-ray fluorescence holography (2023)
  • 著者名/発表者名: Kato Tatsuya、Kimura Koji、Hosokawa Shinya、Ando Shinji、Kashima Seishi、Hashimoto Yusuke、Happo Naohisa、Matsushita Tomohiro、Ishii Hirofumi、Hayashi Kouichi
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 262 ページ: 147279～147279
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2022.147279
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray Fluorescence Holography as a Probe of Hyper-Ordered Structures (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura Koji
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 91 ページ: 091005
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.091005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 熱処理を施した希薄Mg-Zn-Y合金の溶質元素まわり局所構造： 蛍光X線ホログラフィーによる解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村 耕治、江草 大佑、萩原 幸司、 八方 直久、河村 直己、田尻 寛男、林 好一、阿部 英司
  • 学会等名: 日本金属学会２０２３年春期講演
• [学会発表] elf-Tuned Structure of Solute-Clusters in Dilute Mg-Zn-Y Alloy Revealed by X-ray Fluorescence Holography (2022)
  • 著者名/発表者名: Koji Kimura, Daisuke Egusa, Hidetoshi Miyazaki, Yohei Sato, Mitsuhiro Itakura, Koji Hagihara, Naohisa Happo, Tomohiro Matsushita, Hiroo Tajiri, Kouichi Hayashi, and Eiji Abe
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Long-Period Stacking / Order Structure and Mille-feullie Structure
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 蛍光X線ホログラフィーによる構造/機能材料の原子配列イメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村耕治
  • 学会等名: 日本光学会年次学術講演会 2022
  • 招待講演
• [学会発表] Structure of Solute Clusters in Dilute Mg-Zn-Y Alloy Revealed by X-ray Fluorescence Holography (2022)
  • 著者名/発表者名: Koji Kimura, Daisuke Egusa, Hidetoshi Miyazaki, Yohei Sato, Koji Hagihara, Tomohiro Matsushita, Hiroo Tajiri, Kouichi Hayashi, and Eiji Abe
  • 学会等名: Exploration of Atomistic Disorder in Long-Range Ordered Systems and of Order in Disordered Materials
  • 国際学会
• [学会発表] 蛍光X線ホログラフィーによるミルフィーユ構造Mg99.2Zn0.2Y0.6合金の局所構造解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村耕治、江草大佑、阿部英司、宮崎秀俊、佐藤傭平、板倉充洋、萩原幸司、山本裕太、Artoni K.R. Ang、八方直久、松下智裕、林好一
  • 学会等名: 軽金属学会：第142回春期大会
• [備考] 構造物性科学研究室
  • URL: http://structure.web.nitech.ac.jp/
• [備考] ミルフィーユ構造の材料科学
  • URL: https://www.mfs-materials.jp/
• [備考] 超秩序構造化が創造する物性科学
  • URL: https://www.hyperordered.org/