セラミックス粒界の定量化と機能設計

陶瓷晶界的量化和功能设计

• 批准号: 01J05273
• 负责人: 大場 史康
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J05273/
• 关键词: 酸化亜鉛; 双結晶; 粒界; 透過型電子顕微鏡; 第一原理法; 界面構造; 電気的特性; 電子状態; 透過型電子顕微鏡法

酸化亜鉛およびチタン酸ストロンチウムセラミックスについて,結晶粒界に起因する電気的特性の起源となる界面原子・電子構造を定量化し機能の設計を行うため,経験的分子動力学法と第一原理法を併用して界面の原子配列および電子状態の最適化計算を行った.また,計算により得られた界面原子・電子構造を検証するため,透過型電子顕微鏡法による高分解能像観察とエネルギー分散型x線分光法および電子線エネルギー損失分光法による界面局所化学組成・結合状態の評価を行い,電気的特性と関連づけて評価した.特に,酸化亜鉛双結晶および薄膜試料について中心的に電子顕微鏡観察を行い,粒界の原子構造を系統的に調べた.その結果,[0001]方向を回転軸とする酸化亜鉛傾角粒界は刃状転位列として一般的に記述できることがわかった.観察された原子構造を理論計算の結果と照らし合わせて解釈することにより,このような界面には高密度の結合欠損が存在することが判明した.しかしながら,双結晶中に人工的に作製した同種の界面は,結合欠損を含有するにもかかわらずオーミックな電気的特性を示した.これは,酸化亜鉛中において結合欠損が電気的に不活性であることを示しており,理論計算の結果とも合致する.また,添加物の役割を調べるため,プラセオジウムとコバルトを添加した双結晶を作製し,粒界付近の不純物の分布と電気的特性との関係を調べた結果,粒界の電気的活性化は主に界面近傍に存在する空孔に起因すると結論づけられた.また,セラミックス異相界面の原子・電子構造についても電子顕微鏡法と第一原理法による評価を行った結果,界面の局所原子配列・化学組成は界面形成時の化学環境に依存して変化することがわかった.さらに,界面エネルギーと原子構造の詳細な検討から,理想的な界面構造を意図的に形成するための理論的指針を得た.

Acid acidification 亜 lead お よ び チ タ ン ス ト ロ ン チ ウ ム セ ラ ミ ッ ク ス に つ い て, crystallization LiJie に cause す る origins of the characteristics of electric 気 の と な る interface, atomic electron structure, を function of quantitative し の line design を う た め, 経 験 molecular dynamics method と を first principle method and し て interface の atoms with column お よ び electronic state の line optimization calculation を っ た. ま た, calculate に よ り have ら れ た interface, atomic electron structure, を 検 card す る た め, through type electronic 顕 micro mirror method に よ る high decomposition can like 観 examine と エ ネ ル ギ ー dispersible X-ray spectrometry お よ び electronic line エ ネ ル ギ ー loss spectrometry に よ る interface by the chemical composition, combined with state の review 価 を い, the characteristics of electric 気 と masato even づ け て review 価 し た. に, acidification 亜 lead double crystallization お よ び film sample に つ い て center に electronic 顕 micromirror 観 examine を い, LiJie の に of atomic structure を system tuning べ た. そ の results, [0001] direction を back planning axis と す る acidification 亜 lead Angle LiJie は blade shape planning among と し て general account に で き る こ と が わ か っ た. 観 examine さ れ た atomic structure を の theoretical calculation result according to ら と し close わ せ て solution 釈 す る こ と に よ り, こ の よ う な interface に は high-density の combined with less damage が exist す る こ と が.at し た. し か し な が ら, double crystal に artificial に as system し た same の は interface, combined with less loss を contains す る に も か か わ ら ず オ ー ミ ッ ク な を electric 気 characteristics In し た. こ れ は, acidification 亜 lead in に お い て combined with electrical 気 owe loss が に not active で あ る こ と を shown し て お り, the theoretical calculation results の と も close to す る. ま た, adding material の "を adjustable cut べ る た め, プ ラ セ オ ジ ウ ム と コ バ ル ト を add し た し, the double crystal を cropping LiJie pay nearly の not pure the characteristics of the distribution of the の と electric 気 と の masato is を べ た results, LiJie の electric 気 activeness は Lord に interface near exist alongside に す る に empty holes cause す る と conclusion づ け ら れ た. ま た, セ ラ ミ ッ ク ス interphase interface の atom, electron structure に つ い て も electronic 顕 micromirror と first principle method に よ る review 価 を line っ た as a result, the interface の bureau atoms with columns, chemical composition は interface formed の に dependent し chemical environment て variations change す る こ と が わ か っ た. さ ら に, interface エ ネ ル ギ ー と atomic structure の detailed な 検 please か ら, ideal な interface structure を meaning 図 に form す る た め の theory pointer を た.

项目成果

Fumiyasu Oba他: "Current-voltage characteristics of cobalt-doped inversion boundaries in zinc oxide bicrystals"Journal of the American Ceramic Society. 86・9. 1616-1618 (2003)

Fumiyasu Oba 等人：“氧化锌双晶中钴掺杂反转边界的电流-电压特性”美国陶瓷学会杂志 86・9 (2003)。

Isao Tanaka他: "First-principles calculations of silicon nitrides and SiAlONs"Key Engineering Materials. 247. 149-153 (2003)

Isao Tanaka 等人：“氮化硅和 SiAlON 的第一原理计算”关键工程材料。 247. 149-153 (2003)

Fumiyasu Oba: "Current-voltage characteristics of cobalt-doped inversion boundaries in zinc oxide bicrystals"Journal of the American Ceramic Society. (印刷中). (2003)

Fumiyasu Oba：“氧化锌双晶中钴掺杂反转边界的电流-电压特性”美国陶瓷学会杂志（2003 年）。

Yukio Sato他: "Al-doped ZnO ceramics fabricated by mechanical alloying and high-pressure sintering technique"Journal of Materials Science Letters. 22・17. 1201-1204 (2003)

Yukio Sato 等人：“通过机械合金化和高压烧结技术制造的 Al 掺杂 ZnO 陶瓷”《材料科学快报》22・17（2003 年）。

Yukio Sato他: "Non-linear current-voltage characteristics related to native defects in SrTiO_3 and ZnO bicrystals"Science and Technology of Advanced Materials. (印刷中). (2004)

Yukio Sato 等人：“与 SrTiO_3 和 ZnO 双晶中的固有缺陷相关的非线性电流-电压特性”《先进材料科学与技术》（2004 年出版）。