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研究テーマ

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複合酸化物結晶の表面ステップテラス構造制御技術の開発

薄膜結晶材料において、結晶性が高く、洗練された物性を発現させるためには、表面原子構造が精緻に作り込まれた基板結晶が必要不可欠である。本研究テーマでは、基板材料としてしばしば用いられる複合酸化物結晶に注目し、その表面ステップテラス構造を高度に制御する技術開発に取り組んでいる。具体的には、複合酸化物結晶の陽イオン空孔形成エネルギーを変化させることにより、表面に現れる晶壁面、その最終端原子構造、ステップエッジ構造などの制御を行う。図はLSAT基板結晶の表面構造に影響を及ぼすイオン配置の規則構造の一例。 【Researcher 山本剛久】

Caption:LSAT結晶中に形成される規則構造のHAADF-STEM像。各コントラストの位置が単原子カラムの位置に直接対応している。結晶内の原子配置が規則的に変化していることが分かる。

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ナノ空間を利用した材料創製

カーボンナノファイバー内部に(CNFs)金属を有する材料は金属内包CNFs(MFCNFs)と呼ばれている。このMFCNFsを加熱するとMFCNFは熱膨張するが、一般的に金属の熱膨張率よりもCNFのカーボンウォールの熱膨張率のほうが小さいため、内包金属の熱膨張はCNFsのカーボンウォールによって阻害される。その結果として内包金属の圧力は上昇し、その圧力は数GPaにも達すると予想されている(T. Tokunaga et al., Diamond and Related Materials, vol.20, 2, pp. 210-212 (2011))。図はコバルトを内包したMFCNFであり、コバルトを融点以上に加熱した場合でも、加圧されているため結晶構造を維持している様子が見て取れる。この熱膨張の差を利用することで、様々な材料を容易に高温高圧下に置くことが可能であり、将来的には高温高圧下に置かれた材料の透過電子顕微鏡による原子レベルでの可視化、更にはナノ空間内部の高温高圧下における新規材料創世を試みる。 【Researcher 徳永智春】



Caption: 融点以上に加熱しても結晶構造を失うことがないMFCNF内部のコバルト。加熱時の加圧により融点上昇が生じていると考えられる。

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タングステン酸化物ナノロッドの構造解析

金属酸化物ナノ構造体は、バルク材料に比べて優れた光学特性や電気特性を有する半導体材料として知られており、その特性を活かした電子デバイスや新規光学材料への応用が検討されている。中でもWO₃ナノロッドは、Wを酸素雰囲気中で加熱するという簡便な方法により合成できるため、注目されている。しかし、その詳細な構造や物性との相関が未だ明らかにされていない。そこで本研究では、WO₃ナノロッドの構造解析を行っている。 【Researcher 野田好孝】

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共晶合金Needle Shape試料によるナノサイズ温度計の開発

透過型電子顕微鏡(TEM)内加熱その場観察法は、反応過程をナノスケールで知ることができる手法としてTEM法の初期から行われてきた。この観察法においては、観察部位の正確な温度を知る事が重要となる。しかしながら、従来の温度測定は、観察箇所から離れた加熱体部で行われており、必ずしも反応部位の温度と等しいことは保障されてこなかった。そこで、本研究では、図のように部分融解したAu-Si Needle Shape試料の固・液界面の位置を観察することにより局所領域の温度測定を試みる。 【Researcher 高橋拓也】

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ゼラチン被覆Snナノ粒子を用いたリチウムイオン電池負極反応のその場観察

金属ナノ粒子は、バルク金属とは異なる特徴的な性質を示すため注目を浴びており、様々な分野に応用されている。我々は、耐酸化性を有すゼラチンを被覆したSnナノ粒子(右図)の開発に成功し、リチウムイオン電池負極として利用することを検討している。透過型電子顕微鏡(TEM)で液相を有する電池反応を観察するには、イオン液体を電解質として用いることが必要である。ゲル化イオン液体利用し、ゼラチン被覆Snナノ粒子の充放電反応のその場観察を試みている。 【Researcher 鈴木隆文】

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イットリア添加アルミナにおけるイットリウム粒界偏析

耐熱性に優れるアルミナは、主に構造部材として利用されている。このアルミナに微量のイットリアを添加すると、イットリアが粒界に偏析し高温クリープ特性を約1000倍以上改善できることが見出されてきた。しかしながら、その粒界偏析までの過程は未だ理解されていない。そこで本研究では、走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いて焼結過程初期における粒界付近の構造解析を行っている。 【Researcher 酒向智也】

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超微粒WC粉末を使用したWC-Co系超硬合金の異常粒成長

切削工具に用いられるWC-Co系超硬合金はWC粉末とCo粉末の混合焼結により作製される。この合金強度は、WC粒子径に依存するため、WC粒径を微粒化することが求められている。しかし、超微粒合金作製のために超微粒WC粉末を用いて焼結を行うと異常粒成長が発生するため、技術開発上の問題となっている。本研究では作製条件の異なる合金を、電子顕微鏡を用いて観察、比較、解析を行うことで異常粒成長の原因調査を行っている。 【Researcher 伊藤彰一郎】

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