2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K14052
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 一永 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50422077)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 機能性酸化物 / 破壊じん性 / 高温 / 酸化 / ナノポーラス構造 / 還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、耐熱性・耐環境性・耐薬品性・寸法安定性・耐摩耗性等に極めて優れた特性を有する金属酸化物材料の超高じん性化を実現するための基礎研究である。一般的にセラミックスをはじめとする金属酸化物材料は、優れた特性を有しながら、じん性が極めて低く脆いことから構造材料としての利用は著しく制限されている。一方、我々は混合導電性材料を中心に電子状態を制御することでじん性が向上する可能性を見出している。ただし、現段階で飛躍的にじん性向上を期待することは困難であり、新たな方法論の構築が急務であった。その中、九州大学の石原らが開発したナノポーラスNi-Feが我々の材料コンセプトと合致し、評価を行った。前年度に引き続き酸素分圧を制御した環境で機械的特性の評価を系統的に行った。強度や特性のばらつきは極めて低く、また、応力に対するひずみ挙動も延性的であった。酸化環境では従来、材料が酸化するため脆性的な破壊挙動を想定していたが、より延性挙動を示し、また、同様に極めて小さいばらつきであった。昨年、評価したSEM, TEM, BET,ディラトによるナノポーラス構造の微細構造をより詳細に解析したところ、μmレベルのポアに加えて表面をnmクラスのポアが覆っていることが発見された。一見、ある程度緻密に見えるバルク体であったがナノポアをガスが通過することで高い機能性を有することが明らかになった。現在、分子動力学法を用いて実験との比較を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は当初の予定通り、Ni-Fe材料を用いてセラミックスの高じん性化へ向けた本格的な試験を行うことができた。昨年度、大きな研究進展がありセラミックスにも関わらず飛躍的なじん性向上が見られた。また、微細構造観察において緻密に見えた粒子表面に多数のナノポアが存在し、ガスタイトでありながら構造を保つために有用な構造であることを見出したのは特筆すべき点である。一方、それに伴い大幅なモデル変更がなされているため計算に遅れが生じており、今後、構造起因によるじん性向上に関する知見を早急に掘り進める予定である。それが明らかになればNi-Feに限らず様々な材料で応用される可能性を秘めており今後の研究に大きな影響を及ぼす可能性がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、ナノポーラスNi-Feの応力ーひずみ変形挙動の詳細評価することで昨年度までに得られた知見の実験的裏付けを行った。そこで構造因子による延性化メカニズムの可能性を提唱した。一方、定性的には説明できるものの、なぜ、粒子表面の無数のナノポーラス構造が延性化に寄与するのかは全くわからない。 そこで、これまでの、SEM, TEM, BET, ディラト等の観察方法で得られた構造情報のみでなく分子動力学を用いた計算科学アプローチによる変形挙動メカニズムの解明を目指す予定である。また、これまで我々が長年取り組んできた混合電子構造モデルの併用も検討することでNi-Feに限らない材料開発指針を作り上げることができると考えている。具体的な材料としてはCe系、 Co系、Ni系、Fe系の材料についてより詳細に検討していきたい。また、じん性向上のみならず機能性の有無に関しても今後検討し、世界に類を見ない超機能性セラミックスの創成を目指す。
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| Causes of Carryover |
29年度に、本研究で開発したNi-FeOの機械的評価分析を行い、その結果を基に分子動力学計算を行う予定であったが、再現実験のために追加で作製した試験片の再現性に不確実性が生じたため、計画を変更し試料作製の再現性に力を入れることとした。試験片の再現性見通しができたため、次年度に追加の再現実験ならびに計算を進め、完了させることとし、未使用額はそれらの経費に充てることとしたい。
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Research Products
(6 results)
