Establishment of fundamental theories on material strengthening mechanisms based on nano-dynamics observations

基于纳米动力学观测的材料强化机制基础理论的建立

• 批准号: 22H04960
• 负责人: 幾原 雄一
• 金额: $ 123.97万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-27 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22H04960/
• 关键词: 強度特性; 格子欠陥; TEM/STEM; その場観察; 機械試験

本年度の主たる研究成果は下記の通りである。(1)高温その場機械試験システムの開発：微小電気機械システム(MEMS)技術を用いた透過型電子顕微鏡(TEM)用新規荷重負荷デバイスの設計・作製を行った。TEM内にて駆動試験を行い、荷重負荷精度、安定性等の評価試験を実施し良好な結果を得た。また、TEM内レーザー照射装置の加熱性能評価のため、セラミックス多結晶体の加熱試験を実施し粒界移動現象が生じる温度域まで加熱されることを確認した。(2)粒界試料の作製と構造解析：代表的な構造用セラミックスであるα-アルミナおよびイットリア安定化ジルコニア(YSZ)を対象として粒界方位関係を高度に制御できる双結晶法により種々の粒界を作製、TEMによる構造解析を行った。また、異種元素を添加した粒界試料についても同様に作製、構造解析を進めた。解析結果を踏まえ、その場TEM機械試験に供する粒界試料を選定した。(3)原子分解能その場TEM機械試験：セラミックス試料および金属試料を対象として常温においてその場TEM機械試験を実施し、荷重負荷中の原子挙動を観察した。各試料の組成、結晶方位に依存して転位や双晶の形成、亀裂の進展が確認された。特に同一の方位関係とした金属試料の機械試験において転位すべりと双晶変形の2通りの変形現象が確認された。両モードの分岐は試料端の形状と相関がある可能性が示唆された。(4)変形現象の理論解析：項目(3)の実験結果を踏まえ、変形モードと試料端形状に着目して分子動力学計算を中心とした理論解析手法の検討を行った。予備的な計算の実行と結果の解析を行い、種々の計算条件の最適化を進めた。

This year's main research results are recorded below. (1)Development of high temperature field mechanical test system: design and manufacture of new load test system for transmission electron micromirrors (TEM) in applications of microelectromechanical system (MEMS) technology Good results were obtained from the evaluation of TEM dynamic test performance, load accuracy, stability, etc. Evaluation of heating performance of TEM internal irradiation device and confirmation of grain boundary shift phenomenon in temperature range (2)Preparation and structural analysis of grain boundary samples: Representative structure is used for grain boundary preparation and TEM structural analysis. Add different elements to the sample, make similar samples, and analyze structures. The analytical results show that the samples are selected for the TEM mechanical test. (3)Atomic decomposition energy field TEM mechanical testing: the observation of atomic motion under heavy load in the case of sample and metal samples at room temperature The dependence of the composition and crystal orientation of each sample on the position and the progress of twin crystal formation and cracking were confirmed. In particular, the same orientation relationship and mechanical testing of metal samples were confirmed. The probability of the shape and correlation of the sample end of the manifold is shown. (4)Theoretical analysis of shape phenomena: the results of item (3) are discussed in detail. The calculation of the preparation and the analysis of the results are carried out, and the optimization of the calculation conditions is carried out

项目成果

STEMその場機械試験法によるステアロッド転位の分解・再形成過程の直接観察

利用STEM原位力学测试方法直接观察阶梯位错的分解重组过程

• 发表时间: 2023
• 作者: 曹 旻鑒;栃木栄太;佐藤隆昭;柴田直哉;幾原雄一
• 通讯作者: 幾原雄一

YSZ非対称粒界偏析の原子分解能観察

YSZ不对称晶界偏析的原子分辨率观察

• 发表时间: 2022
• 作者: 松田幹大;馮斌;柴田直哉;幾原雄一
• 通讯作者: 幾原雄一

YSZ非対称傾角粒界における偏析構造の解析

YSZ不对称倾斜晶界偏析结构分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 松田幹大;馮斌;柴田直哉;幾原雄一
• 通讯作者: 幾原雄一

Phonon measurement of Al2O3 grain boundaries using STEM-EELS

使用 STEM-EELS 对 Al2O3 晶界进行声子测量

• 发表时间: 2022
• 作者: Jingyuan Yan;Bin Feng;Naoya Shibata;Peng Gao;Yuichi Ikuhara
• 通讯作者: Yuichi Ikuhara

Spatial and phase resolution in electron microscopy

电子显微镜中的空间和相位分辨率

• DOI: 10.1093/jmicro/dfac045
• 发表时间: 2023
• 期刊: Microscopy
• 影响因子: 1.8
• 作者: 安達天規;西田直之;永瀬 隆;小林隆史;内藤裕義;R. Ishikawa S. Morishita T. Tanigaki N. Shibata Y. Ikuhara
• 通讯作者: R. Ishikawa S. Morishita T. Tanigaki N. Shibata Y. Ikuhara