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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Science for Creation of Ceramic Materials by Super Thermal Field

Planned Research

Project AreaCreation of Materials by Super Thermal Field: Neo-3D printing by Manipulating Atomic Arrangement through Giant Potential Gradient
Project/Area Number 21H05199
Research InstitutionJapan Fine Ceramics Center

Principal Investigator

木村 禎一  一般財団法人ファインセラミックスセンター, その他部局等, 主席研究員 (10333882)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 篠田 健太郎  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (10442732)
伊藤 暁彦  横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (20451635)
吉川 健  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (90435933)
Project Period (FY) 2021-09-10 – 2026-03-31
Keywordsセラミックス / 超温度場 / レーザー / プロセス科学
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、超温度場を用いた新たなセラミックス製造プロセスの創出を目指す。特に、レーザーによって生じる特異な高エネルギー場を活用した、1)バルクセラミックスの短時間焼結の開発とそのメカニズムの解明、2)気相からの共晶系セラミックス複合材料の作製、3)異種基材界面の応力を制御可能な微粒子スプレーコーティング技術、の3つの新プロセス技術開発を通じて、新奇なプロセス現象の解明とその学理構築を進めている。超温度場レーザー焼結では、アルミナ用レーザー焼結助剤を新たに開発し、この助剤を用いることによりこれまでのレーザー焼結では困難だった比較的低出力での緻密焼結ができることを明らかにした。また、レーザー焼結挙動のその場観察を目的として進めている超温度場結晶成長モニタリングでは、レーザー照射中の顕微観察を可能とするシステムを構築し、局所加熱下での溶融挙動の観察に成功した。また、メカニズム解明のために、本システムでの観察により適した材料系の検討を行った。超温度場CVDでは、共晶組織類似の微構造を有する複合組織が気相析出により形成されることを見いだし、蛍光体およびシンチレータ材料としての優れた特性を示すことを明らかにした。超温度場微粒子スプレーでは、種々の波長でのレーザー照射が可能な装置を開発し、また、超温度場を評価可能な測温技術を構築してレーザー照射直後、レーザー停止直後の急峻な温度変化を定量的に評価することに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究代表者/分担者が担当する各プロセス研究基盤の中核となる装置の設計および導入が完了し、立ち上げから初期実験への取り組みが進んだ。他方、当初予定していた材料系を用いた実験、特にその場観察や高速測温技術の開発のなかで、研究の進捗に伴って、超温度場の理解のためにより適していると思われる材料系があったため、対象とする材料系を拡大したが、学術基盤構築のために必要な取り組みであると考えている。また、超温度場CVDでは、当初の想定以上に研究が進捗し、共晶組織を有するセラミックス複合材料の創製と、得られた膜の結晶化学的微構造の解明、光機能材料としての性能評価に至った。

Strategy for Future Research Activity

超温度場レーザー焼結については、A01班との連携/協働により、セラミックス3Dプリントの基盤技術としての可能性を探る。また、超温度場結晶成長モニタリングについては、A01およびA02班における金属の溶融凝固過程、金属組織の形成に関する取り組みとの連携を探り、金属とセラミックスの超温度場プロセス現象の共通点や相違点を明らかにしたい。超温度場CVDおよび超温度微粒子スプレーについては、CVD下で生じる反応最表面近傍での大きな温度勾配を明らかにし、セラミックスのレーザーにおける超温度場に関する理解と、超温度場での気相析出、溶融凝固過程の解明を進める。

  • Research Products

    (45 results)

All 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (39 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 4 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] High-Speed Epitaxial Growth of Terbium- and Europium-Doped Yttrium Aluminum Perovskite Thick Film Phosphors Using Laser-Assisted Chemical Vapor Deposition2023

    • Author(s)
      Mitsuhashi Yuri、Matsumoto Shogen、Ito Akihiko
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 64 Pages: 1107~1111

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-ME2022001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct Laser Sintering of Bulk Alumina Using 1070 nm Fiber Laser2023

    • Author(s)
      Kimura Teiichi、Suehiro Satoshi、Sadaoka Kazuo、Nasu Tomomichi、Uoe Kousuke
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 64 Pages: 1183~1187

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-ME2022007

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Chemically vapor deposited oxide-based thick film scintillators2022

    • Author(s)
      Ito Akihiko、Matsumoto Shogen
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 62 Pages: 010612~010612

    • DOI

      10.35848/1347-4065/aca249

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High-throughput production of LuAG-based highly luminescent thick film scintillators for radiation detection and imaging2022

    • Author(s)
      Matsumoto Shogen、Ito Akihiko
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: 19319

    • DOI

      10.1038/s41598-022-23839-w

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evaluating the Mechanical Properties of Dense Hybrid Aerosol Deposition Alumina Coatings Using the Nanoindentation Method2022

    • Author(s)
      Sanami Kosuke、Shahien Mohammed、Yumoto Atsushi、Akedo Jun、Shinoda Kentaro
    • Journal Title

      Journal of Thermal Spray Technology

      Volume: 32 Pages: 729~736

    • DOI

      10.1007/s11666-022-01518-6

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Ce添加LuAGエピタキシャル膜のシンチレーション特性および熱ルミネッセンス特性評価2023

    • Author(s)
      松本昭源、黒澤俊介、伊藤暁彦
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季講演
  • [Presentation] 原料供給量率がYb3+:Lu2O3柱状晶シンチレータの高速成膜に与える影響2023

    • Author(s)
      中山龍幸、伊藤暁彦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2023年年会
  • [Presentation] 蛍石関連構造を有するLu2O3-Lu2Ti2O7系膜の合成と化学組成が結晶相に与える影響2023

    • Author(s)
      伏屋竜輔、伊藤暁彦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2023年年会
  • [Presentation] α-Al2O3-Lu3Al5O12複合膜の化学気相析出と炉内圧力が微細組織に与える影響2023

    • Author(s)
      藤村尚輝、伊藤暁彦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2023年年会
  • [Presentation] Ce3+:Gd3Al5O12厚膜蛍光体の化学気相析出と発光特性評価2023

    • Author(s)
      出口結美子、伊藤暁彦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2023年年会
  • [Presentation] 化学気相析出法により合成したCe3+:LuAG厚膜蛍光体の膜厚がシンチレーション特性に及ぼす影響2023

    • Author(s)
      松本昭源、伊藤暁彦
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2023年年会
  • [Presentation] 酸化物セラミックスの レーザー焼結技術と微構造制御2023

    • Author(s)
      木村禎一
    • Organizer
      レーザー学会第43回年次大会
    • Invited
  • [Presentation] Eu3+添加HfO2膜の石英ガラス基板上への自己配向成長2022

    • Author(s)
      敷地愛莉、伊藤暁彦
    • Organizer
      第17回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] 化学気相析出法によるLu2O3柱状厚膜の高速合成2022

    • Author(s)
      中山龍幸、伊藤暁彦
    • Organizer
      第17回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] 化学気相析出法によるLu2O3-TiO2系膜の合成と蛍光特性評価2022

    • Author(s)
      伏屋竜輔、伊藤暁彦
    • Organizer
      第17回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] 化学気相析出法によるα-Al2O3-Lu3Al5O12複合膜の合成2022

    • Author(s)
      藤村尚輝、伊藤暁彦
    • Organizer
      第17回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] レーザーCVD法によるTiN膜の合成2022

    • Author(s)
      山口直也、伊藤暁彦
    • Organizer
      第17回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] レーザー援用CVD法を用いたHfO2自立型厚膜蛍光体の合成2022

    • Author(s)
      橋本優花、伊藤暁彦
    • Organizer
      第17回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] 化学気相析出法によるCe3+添加GdAlO3エピタキシャル膜の合成とシンチレーション特性評価2022

    • Author(s)
      出口結美子、伊藤暁彦
    • Organizer
      第17回セラミックフェスタin神奈川
  • [Presentation] Y3Al5O12-Al2O3複合膜の化学気相析出における基板面方位と微細組織の関係2022

    • Author(s)
      伊藤暁彦、三觜佑理、松本昭源
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] Ce3+添加Lu3Al5O12-Al2O3複合膜の化学気相析出と発光特性評価2022

    • Author(s)
      松本昭源、黒澤俊介、吉川 彰、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] 化学気相析出法によるHfO2-Lu2Hf2O7-Lu2O3系膜の合成2022

    • Author(s)
      任 宗涵、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] 化学気相析出法による希土類添加Y2O3透明厚膜のエピタキシャル成長と蛍光特性評価2022

    • Author(s)
      渡辺大雅、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] Lu2O3柱状晶厚膜の高速化学気相析出2022

    • Author(s)
      中山龍幸、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] MOCVD法によるLu2O3-MgO複合膜の合成2022

    • Author(s)
      中嶋航平、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] 化学気相析出法によるTi3+およびCr3+添加α-Al2O3透明厚膜の合成とその蛍光特性の評価2022

    • Author(s)
      梅堀美好、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] 化学気相析出法によるCe3+添加GdAlO3膜の合成とその蛍光特性評価2022

    • Author(s)
      出口結美子、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] CVD法を用いたMgWO4膜の合成と蛍光特性評価2022

    • Author(s)
      小菅翔南、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] CVD法を用いた希土類添加Mg2Hf5O12膜の合成とその蛍光特性評価2022

    • Author(s)
      山井大誠、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] レーザーCVD法を用いたGa2O3-Al2O3膜の合成とシンチレーション特性2022

    • Author(s)
      山口直也、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] レーザーCVD法による希土類元素添加HfTiO4膜の合成とフォトルミネッセンス特性2022

    • Author(s)
      橋本優花、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] 化学気相析出法を用いたCe3+添加CaHfO3およびSrHfO3エピタキシャル膜の合成とそのシンチレーション特性評価2022

    • Author(s)
      松本昭源、藤江清花、大賀輝昌、黒澤俊介、伊藤暁彦
    • Organizer
      第35回日本セラミックス協会 秋季シンポジウム
  • [Presentation] CVD法による(Ga、Al)2O3膜の合成とシンチレーション特性2022

    • Author(s)
      山口直也、伊藤暁彦
    • Organizer
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
  • [Presentation] CVD法によるLu2O3厚膜の高速合成2022

    • Author(s)
      中山龍幸、伊藤暁彦
    • Organizer
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
  • [Presentation] CVD法による希土類添加HfTiO4厚膜蛍光体の合成2022

    • Author(s)
      橋本優花、伊藤暁彦
    • Organizer
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
  • [Presentation] CVD法によるEu3+添加HfO2-Lu2Hf2O7-Lu2O3系膜の合成および蛍光特性評価2022

    • Author(s)
      任 宗涵、伊藤暁彦
    • Organizer
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
  • [Presentation] CVD法で合成したCe3+添加GdAlO3膜の蛍光発光特性2022

    • Author(s)
      出口結美子、伊藤暁彦
    • Organizer
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
  • [Presentation] CVD法を用いたMg2Hf5O12膜の合成と希土類添による蛍光特性評価2022

    • Author(s)
      山井大誠、伊藤暁彦
    • Organizer
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
  • [Presentation] CVD法を用いたMgWO4厚膜蛍光体の合成2022

    • Author(s)
      小菅翔南、伊藤暁彦
    • Organizer
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
  • [Presentation] CVD法により合成したCe3+添加Lu3Al5O12膜のシンチレーション特性2022

    • Author(s)
      松本昭源、伊藤暁彦
    • Organizer
      極限的励起状態の形成と量子エネルギー変換研究グループ 第6回研究会
  • [Presentation] セラミックスのレーザー焼結技術の開発と特異な温度場を利用した微構造制御2022

    • Author(s)
      木村禎一
    • Organizer
      日本金属学会2022年秋期第171回講演大会
    • Invited
  • [Presentation] Hybrid Aerosol Deposition with a Supersonic Nozzle2022

    • Author(s)
      Yuki Akedo, Mohammed Shahien, Eishi Kubota, Masato Suzuki, Takayasu Fujino, Kentaro Shinoda
    • Organizer
      9th Tsukuba International Coating Symposium (TICS 9)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] セラミックスのプロセス研究とプロセスインフォマティクスへの展開2022

    • Author(s)
      木村禎一
    • Organizer
      第14回日本セラミックス協会MFD研究会
    • Invited
  • [Presentation] レーザー局所加熱を用いたセラミックス付加製造技術2022

    • Author(s)
      木村禎一
    • Organizer
      日本溶射学会第115回全国講演大会
    • Invited
  • [Book] Pyrochlore Ceramics2022

    • Author(s)
      L.Q. An, Z. Wang, A. Ito, G. Zhou, T. Goto, S. Wan
    • Total Pages
      490
    • Publisher
      Wlsevier
    • ISBN
      9780323904834

URL: 

Published: 2023-12-25  

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