2013 Fiscal Year Annual Research Report
第一原理に基づく計算科学によるＬＰＳＯ構造の電子論と構造科学の構築
| Project Area | Materials Science of synchronized LPSO structure -Innovative Development of Next-Generation Lightweight Structural Materials- |
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| Project/Area Number |
23109004
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
君塚 肇 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (60467511)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山口 正剛 独立行政法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (50360417)
松中 大介 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60403151)
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| Project Period (FY) |
2011-07-25 – 2016-03-31
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| Keywords | LPSO構造 / 軽量構造材料 / 積層欠陥 / 添加元素 / 第一原理電子状態計算 |
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| Research Abstract |
今年度は，最終目標であるLPSO構造型物質の構造特性設計における指導原理の獲得に向けて，主にMg-M-RE系(M = Zn, Al, Ni, Co; RE = Y, Gd)を対象に，基軸となる手法の構築・検証および計算コードの整備を実施するとともに，実験班から供与されたMg基LPSO構造の基礎的モデルを適宜活用してそれらの有効性を検証した．具体的には，以下の4項目について研究を遂行した．
(1) Mg基LPSO相中の溶質原子クラスターの面内規則性を明確にするため，Mg中のI2積層欠陥面内におけるL12型クラスター，ならびにその中心に格子間原子が侵入したE21型クラスター間の相互作用エネルギーを第一原理計算により定量的に評価した．また，得られた第一原理データに基づいて，Mg基LPSO構造中の種々のL12型／E21型溶質原子クラスターを対象とする粗視化粒子モデルを提案し，モンテカルロ法に基づく熱平衡状態計算により当該系における溶質クラスターの規則配列化およびドメイン化(中範囲規則構造)を評価した．
(2) LPSO構造を有するMg合金の変形機構を調べるため，第一原理計算により10H型Mg-Ni-Y系LPSO構造の底面すべりにおける一般化積層欠陥エネルギーを評価した．また，LPSO構造のキンク変形時における転位挙動について検討するため，圧縮応力下における転位移動のエネルギー障壁およびパイエルス応力を解析した．
(3) Mg基LPSO相における種々の積層構造(10H, 18R, 14H)間の安定性を調べるため，第一原理計算を用いてMg-Al-Gd／Mg-Zn-Y系LPSO構造における溶質濃化層間の相互作用を評価した．
(4) 溶質原子クラスターの種類と密度が異なる種々のMg-Zn-Y系LPSO単結晶モデルに対して第一原理計算により弾性定数および形成エネルギーを評価した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
LPSO構造型合金の原子配列構造の解析に際して，研究が密接に関連するA01班内ならびにA02班，A03班の関連研究者間で研究会を定期開催し，実験的知見に基づく構造モデルの情報提供を受けるとともに，計算科学の立場から検証が必要なモデルケースおよび物性値に関して議論・検討を行った．このことにより実験研究および計算研究を融合した連携を効果的に進めることができ，当初掲げた項目について順調に着手することができたと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，これまでに構築した研究基盤に立脚し，以下に挙げる課題に取り組む．これらは，LPSO構造型物質の積層変調・濃度変調の存在機構を理解するための重要な因子であり，他班において当該物質の形成機構，強化機構等の解明を進める上での基盤的知見となる．
(1) 種々の溶質原子・クラスターを対象とするMg基LPSO構造における各種相互作用の評価，ならびに面内・面外秩序化に関するエネルギー論的解析
(2) 非化学量論領域を含めた安定原子配列構造の探索を目的とする，LPSO構造の規則モデルをベースとした元素置換，配置変化等に対する系統的解析の実施
(3) LPSO構造および関連する元素・化合物系に関する変形基礎特性の評価(各種すべり系に関する転位移動過程の解析，溶質濃化による局所ひずみの評価等を含む)
(4) Mg中の溶質原子・空孔拡散の素過程の理解，ならびに遷移状態理論等に基づく原子拡散モデリング手法(Kinetic Monte Carlo法)の構築
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