粒界性格分布と幾何学的配置の設計制御による機能性材料の機能発現と高性能化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555180
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 渡邊 忠雄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40005327)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 川原 浩一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (00302175) ; ブトロン パトリシア 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (60323052) ; 連川 貞弘 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (40227484)
• Keywords: 粒界性格分布 / 粒界幾何学配置 / 粒界設計制御 / 超磁歪材料 / 圧電材料 / 光電変換材料 / 磁場 / 急冷凝固法

Research Abstract

本研究課題は平成13年10月末に追加採択されたものであるので、現在進行中の実験の計画について以下に示す。
本研究は、研究代表者が1980年代に世界に先駆けて提案した「粒界設計制御にもとづく高性能材料開発」を、既にその有効性が実証されてきている構造材料から光電エネルギー変換材料および超磁歪アクチュエータ材料など機能性材料での粒界設計制御に発展させようとするものである。本研究においては、機能性材料として典型的なアクチュエータ材料として注目されている超磁歪材料のFe-Pd合金および圧電材料のPZTセラミックス、および光電エネルギー変換材料として実用化されつつあるが、未だ性能が十分でない太陽電池用ポリシリコンに対象を絞り、粒界微細組織の制御方法として、既に十分な経験がある急冷凝固焼鈍法、磁場中焼鈍法を用いて、粒界性格分布、粒界連結性、粒界方向などの幾何学配列をも制御し、機能発現、性能向上のための最適粒界微細組織の導入原理を明らかにする。計算機シミュレーションによる予測と実験による実際の材料での確認を平行して進める。平成13年度末に導入した交流磁場熱処理装置は、超磁歪強磁性合金の粒界制御に用いるもので、既存の直流磁場熱処理装置を用いた場合との対比が可能となる。本研究での主要な装置である多結晶材料中に存在する粒界の性格分布、粒方位分布、粒界方向配置の定量解析を行えるオリエンテションイメージングマイクロスコープ(OIM)は我が国の大学では最初に本研究室に導入され、既に5年の実績と経験があり、準備状況としては万全である。

Research Products

• [Publications] 渡邊忠雄: "21世紀に花開く粒界・界面設計制御"金属. 71・80. 997-1002 (2001)
• [Publications] Tadao WATANABE: "A General Approach to the Control of Grain Boundary Fracture in Brittle Materials"Proc. Asian Pacific Conference on FRACTURE and STRENGTH 01 (APCFS 01) and International Conference on ADVANCED TECHNOLOGY in EXPERIMENTAL MECHANICS 01 (atem 01 ), The Japan Society of Mechanical Engineers. 01-203. 126-133 (2001)
• [Publications] 連川貞弘: "FE-SEM/OIM法を用いた粒界微細組織の定量解析と粒界工学への応用"電子顕微鏡. 36・3. 169-175 (2001)
• [Publications] T.Matsuzaki: "The Control of Grain Boundary Microstructures by Application of Magnetic Field in Ferromagnetic Materials"Proc. Of the 7th International Symposium on Advanced Physical Fields, Fabrication and Characterization of Nano-Structures Materials. 342-345 (2001)