- 2021.03.30
- プレスリリース
物質移動を支配する欠陥の原子レベル構造を決定 ～微量異種イオンと隣り合う酸素の抜け孔が見えた！～
国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学未来材料・システム研究所の大塚真弘講師、武藤俊介教授らは、一般財団法人ファインセラミックスセンターの田中誠博士らの研究グループとの共同研究において、透過電子顕微鏡により酸化物セラミックスに微量添加された異種イオン(ドーパント)の位置を精密に計測し、それと隣り合う酸素の抜け孔(酸素空孔)まで明らかにしました。
物質への微量な異種元素ドーパントや空孔などの格子欠陥の導入は、半導体や誘電体、超伝導体、磁石、触媒といった機能材料の特性を制御する重要な意味を持ちます。しかし、物質の中に散らばったこのような微量な欠陥の位置や構造を決定することは、従来よく用いられるX線回折を用いた手法では容易ではありませんでした。
本研究では、次世代航空機エンジンのタービン部材の高温環境下における破損を防ぐ保護膜中のチタン酸イットリウムに添加されたアルミニウムを対象とし、結晶に入射した電子線が示す電子チャネリング効果を利用した計測手法によって、ドーパントとその周りの局所的な格子歪みだけでなく、酸素全体の約0.2%しか抜けていないほんの僅かな酸素空孔の位置まで決定することに成功しました。
本手法は、最先端の収差補正電子顕微鏡や大型放射光施設を要せずに汎用の分析電子顕微鏡で実現可能な方法であるため、このような格子欠陥を含む様々な機能材料の評価手法として世界中に広く展開されることが期待されます。
<ポイント>
・機能材料に対する微量な異種元素ドーパントや空孔などの格子欠陥の導入は、機能材料の諸特性を決定する重要な役割を担うが、その位置や量の計測は容易ではなかった。
・本研究では、透過電子顕微鏡(TEM)注1)とそれに付随したエネルギー分散型X線分光(EDX)注2)装置を用い、酸化物セラミックスに導入されたドーパントの位置だけでなく、その周りに導入された格子歪みや酸素空孔の存在まで明らかにした。
・ドーパントや空孔を含む半導体や誘電体、超伝導体、磁石、触媒などの様々な機能材料の評価手法として、本手法の幅広い材料開発分野への展開が期待できる。
詳しくは下記URLをご覧ください。
https://research-er.jp/articles/view/97979