高次機能調和材料の設計・創成と評価

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本研究申請者らは、セラミックスの結晶粒の内部にナノ寸法のセラミックス粒子、或いは金属粒子を分散させたナノコンポジットの開発に成功し、セラミックスの力学的特性が飛躍的に改善できることを見いだしている。加えてこの複合化技術により、力学的な弱点を大幅に向上させながら、同時に種々の機能を同時にセラミックスに付与できることを確認している。上記の新しい重要な知見を発展させる事を目的にして、本研究では、九州大学、東京大学、東北大学、大阪大学等で討論を持ち検討した結果、ナノコンポジットの考え方を更に進展させたナノ/クラスターコンポジットの可能性が確かにあることを明らかにすることが出来た。また、この新しいコンセプトにより、従来の無機・金属・有機材料の枠を超えた高次機能調和材料が実現可能であるとの結論を得た。この結論を確かなものにするために、予備実験として、大阪大学において極微量のCr2O3をAl2O3に添加した場合の機械的性質について調べるとともに、機械的性質に及ぼす微量固溶の効果をクラスターモデルを用いた計算により解析した。その結果、クラスターレベルで第2相を極微量Al2O3セラミックスに添加することで卓越した特性を持つ新しい材料の開発が可能であることが明らかになった。さらに本研究では代表的な酸化物セラミックスであるAl2O3に溶液状態を経る特殊な方法でソフトなNiをin-situにナノ分散させることも可能であることも明らかにした。以上の調査研究及び予備的実験を基礎にして、平成10年度に、1)ナノ粒子配列制御プロセスグループ、2)原子・分子配列制御プロセスグループ、3)力学的特性と各種機能を評価するグループ、4)原子・分子・ナノレベル構造の評価するグループ、5)構造と機能の相関を計算機シミュレーショングループ、で構成される「高次機能調和材料の設計・創成と評価」に関する重点領域研究を提案出来るとの結論を得た。