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走査型透過電子顕微鏡法を用いたセラミック材料界面のサブナノ構造解析と機能特性

使用扫描透射电子显微镜对陶瓷材料界面进行亚纳米结构分析和功能特性

基本信息

批准号：
17760558
负责人：
柴田直哉
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、機能性セラミックスの粒界機能、特性発現メカニズムを明らかにするため、精密に方位を制御された単結晶同士を高温で張り合わせることにより、モデル粒界を有する双結晶試料を作製し、その粒界を超高分解能STEMにより、観察・分析した。本研究では、ジルコニア、アルミナ、チタン酸ストロンチウム、チタニア等のバイクリスタル作製を行った。また、このような粒界部に各種ドーパントをドープすることにより、粒界におけるドーパント効果の本質的理解に挑戦した。これらのモデルバイクリスタルサンプルに対して、高分解能STEM観察を行った結果、粒界部にはさまざまな種類のサブナノスケールの規則構造が存在することが明らかとなった。また、この構造単位内部には、酸化物が酸素の副構造を取る故に形成される配位数欠損を有するカチオンサイトが存在し、このようなサイトと不純物偏析、余剰エネルギー等の現象が密接に関連することが明らかとなった。異なる種類のセラミックスバイクリスタル粒界を横断的に観察した結果、このような構造的特徴は多くの酸化物粒界に共通するものであることが示唆された。実験的に得られた粒界原子構造の妥当性を検証するために、格子静力学計算、第一原理計算による粒界構造、粒界偏析サイトの理論予測を行った結果、STEM像で得られたドーパント偏析原子サイトが、理論計算ではもっとも偏析エネルギーが低い(偏析しやすい)サイトに対応することが明らかとなった。このような偏析構造と粒界の電気的・機械的特性が密接に関連することが示され、粒界直下における電子構造、化学結合状態、空孔形成メカニズムの重要性が示された。セラミックスの粒界機能を理解するためには更なるサブナノレベルの構造的理解が重要であると考えられる。

This research is about functional grain boundary function and characteristic development of grain boundaries, precision and orientation, and crystallization of high precision. Temperature and heat resistance, モデルGrain boundary をHave double crystal sample preparation, そのGrain boundary をUltra-high decomposition energy STEM により, Observation and analysis した. This study was conducted onンチウム, チタニア and other のバイクリスタル make を行った.また, このような米界部に Various ドーパントをドープすることにThe understanding of the nature of the effect of より, the grain world is a challenge. High-resolution STEM observation results, particles Kiebu にはさまざまなkind のサブナノスケールのrule structure がexistent することが明らかとなった.また, このstructural unit internal には, acid compound が acid element の Vice structure を take る so に formation される lack of coordination number を有するカチオンサイトSuch phenomena as がexistent し, このようなサイトと impurity segregation, and こばエネルギー are closely connected and connected することが明らかとなった. The result of the heterogeneous なセラミックスバイクリスタル grain boundary を cross-cutting に観看した, このThe characteristics of the ような structure are the common するものであることがshows the instigation of the acidified particle boundary. Proof of the validity of the atomic structure of the particle boundary of Mizuno, lattice statics calculation, first principle calculation of the atomic structure of the particle boundary, prediction of the particle boundary segregation theory, and results of S TEM image of られたドーパントsegregation of atomic segregation, theoretical calculation of ではもっともsegregationエネルギーがlowい(segregationしやすい)サイトに対応することが明らかとなった.このようなSegregation structure and grain boundariesのElectrical and mechanical properties The importance of the electronic structure, chemical bonding state, and pore formation of the electronic structure, pore formation, and pore formation are shown in the figure below. It is important to understand the granular boundary function of the silica gel and to understand the structure of the silica gel.

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Atomic structure and relaxation behavior at AlN(0001)/Al_2O_3(0001) interface

AlN(0001)/Al_2O_3(0001)界面的原子结构和弛豫行为

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
J.Ceram.Soc.Jpn. 114
影响因子：
0
作者：
Y.Tokumoto;T.Mizoguchi;Y.Sato;N.Shibata;T.Yamamoto;Y.Ikuhara
通讯作者：
Y.Ikuhara

Bonding nature of metal/oxide incoherent interfaces by first-principles calculations

DOI：
10.1103/physrevb.74.125423
发表时间：
2006-09-01
期刊：
PHYSICAL REVIEW B
影响因子：
3.7
作者：
Matsunaga, Katsuyuki;Sasaki, Takeo;Ikuhara, Yuichi
通讯作者：
Ikuhara, Yuichi

Dopant-segregation-controlled ZnO single-grain-boundary varistors

DOI：
10.1063/1.1899762
发表时间：
2005-04
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
Y. Sato;M. Yodogawa;Takahisa Yamamoto;N. Shibata;Y. Ikuhara
通讯作者：
Y. Sato;M. Yodogawa;Takahisa Yamamoto;N. Shibata;Y. Ikuhara

Interfacial structure in silicon nitride sintered with lanthanide oxide

氮化硅与镧系氧化物烧结的界面结构

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
J.Mater.Sci. 41
影响因子：
0
作者：
C.Dwyer;A.Ziegler;N.Shibata 他
通讯作者：
N.Shibata 他

Grain boundary strengthening in alumina by rare earth impurities

DOI：
10.1126/science.1119839
发表时间：
2006-01-13
期刊：
SCIENCE
影响因子：
56.9
作者：
Buban, JP;Matsunaga, K;Ikuhara, Y
通讯作者：
Ikuhara, Y

DOI：
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通讯作者：
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通讯作者：
幾原雄一

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发表时间：
2021
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影响因子：
1.4
作者：
関岳人;Sanchez-Santolino Gabriel;石川亮;幾原雄一;柴田直哉;折田清隆，谷和夫，鈴木亮彦，菅章悟，田中肇一;Yuhei KIKUYA and Saburo MATUNAGA;Hitoi TAMARU;Masashi Kashiwagi
通讯作者：
Masashi Kashiwagi