異種元素添加アルミナ結晶粒界の原子構造と形成雰囲気依存性

不同元素掺杂氧化铝晶界的原子结构和形成气氛依赖性

基本信息

批准号：
18J23175
负责人：
石原佐季
金额：
$ 1.79万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

アルミナ多結晶体中にはしばしば，微量の不純物元素が存在しこれらの不純物元素は粒界近傍に偏析する傾向にあり，粒界偏析現象は諸特性と密接に関係しているため，不純物が偏析した場合の粒界構造について原子レベルで理解することは重要な研究課題である．アルミナの代表的な不純物元素であるSiは異常粒成長を引き起こす元素であり，異常粒成長の発生には粒界ファセットの形成が関与していると考えられている．しかしながら，粒界ファセットの形成メカニズムについてはわかっていない．本研究では，双結晶法によりモデル粒界を作製し，走査透過型電子顕微鏡 (STEM) およびSTEM-EDS (エネルギー分散型Ｘ線分光器), STEM-EELS (電子エネルギー損失分光法) により，無添加およびSi添加粒界における粒界原子構造やSiの存在する原子サイトを明らかにした．その結果，Si添加粒界では，Siは粒界近傍に偏析し，特定の面を粒界面とする粒界ファセットが形成されていることが分かった．また，STEM観察結果から，粒界ファセットの形成には，Siが粒界に形成する特徴的な原子構造が関与していることが示唆された．粒界ファセットの形成は粒成長挙動と深く関係していると考えられており，本研究で得られた知見は，アルミナ多結晶体における粒成長変化のメカニズムを理解する上で基礎的で重要な知見であると考えられる．また，前年度までの研究結果を踏まえ，新たに二つの粒界性格の異なる粒界を双結晶法により作製し，その粒界構造を原子レベルで明らかにした．併せて，第一原理計算を行い，得られた実験像が第一原理計算で予測された原子構造によく一致することを明らかにした．

在氧化铝多晶材料中，痕量的杂质元素倾向于在晶界附近隔离，并且由于晶界隔离现象与各种特性密切相关，因此，当杂质在原子水平上偏差时，了解晶界结构是一个重要的研究主题。 Si是氧化铝中的典型杂质元素，是导致异常晶粒生长的元素，人们认为晶界面的形成与异常的晶粒生长有关。但是，晶界形成的形成机理尚不清楚。在这项研究中，使用双晶方法制造了模型晶界，并使用扫描传输电子显微镜（Stem），干燥层（能量分散X射线光谱）和词干 - e（电子能量损失光谱），添加剂和si-added chribies and sate and sate and sate and satem and art的原子结构（电子能量损失光谱），原子界的原子结构。结果，发现在si添加的晶界处，si在晶界附近隔离，而晶界面则形成特定表面为晶界表面。此外，茎观测表明，在晶界面形成Si的特征原子结构参与了晶界面的形成。晶界面的形成被认为与晶粒生长行为密切相关，这项研究中获得的发现对于理解氧化铝多晶的晶粒生长变化的机制是基本的，而且很重要。此外，根据上一年的研究结果，使用双晶方法产生了两个具有不同特征的新晶界，并在原子水平上阐明了晶界结构。此外，进行了第一原理计算，以揭示所获得的实验图像与第一原理计算预测的原子结构非常匹配。