利用報告書 / User's Report | ARIM Japan公式ホームページ_マテリアル先端リサーチインフラ

【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.30】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22UT0246

利用課題名 / Title

サファイア対応粒界の共偏析構造解析

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電子顕微鏡/Electron microscopy

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

二塚　俊洋

所属名 / Affiliation

東京大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

石川亮,柴田直哉,幾原雄一

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-001：低加速電圧対応原子分解能走査型透過電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

東京大学の走査透過型電子顕微鏡を用い，Ca/Siを共添加したα-Al₂O₃ Σ13粒界構造を観察した．

実験 / Experimental

α-Al₂O₃の単結晶に酢酸カルシウムおよびシリカゾルの溶液を塗布し，結晶方位を制御し10時間，1783 Kで熱拡散接合することで，Ca/Si添加α-Al₂O₃双結晶を作製した．得られた双結晶を機械研磨およびイオン研磨により薄片化し，走査透過型電子顕微鏡（JEM ARM200CF）を用い粒界構造を原子レベルで観察した．

結果と考察 / Results and Discussion

ADF/ABF-STEM法により無添加およびCa/Si添加Σ13粒界を観察した結果，Ca/Si添加粒界は無添加とは異なる粒界構造に転移したことが明らかとなった．また，原子分解能EDS元素マッピングによる分光分析から，CaとSiは粒界コア上の特定サイトに偏析することが分かった．実験結果に基づきDFT計算を行い，Caは粒界偏析により大きく安定化し，SiはCaとの電荷補償により安定化することが明らかとなった．

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究の一部は，JSPS科研費（課題番号 JP10H05788，JP22H04960，JP22J15313）の支援により遂行された．

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

Toshihiro Futazuka, Grain boundary structural transformation induced by co-segregation of aliovalent dopants, Nature Communications, 13, (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-32935-4

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

T. Futazuka, R. Ishikawa, N. Shibata, and Y. Ikuhara, “Co-segregation mechanism of Ca/Si on Σ13 grain boundary in α-Al2O3”, Materials Research Society, 令和4年1月13日.
T. Futazuka, R. Ishikawa, N. Shibata, and Y. Ikuhara, “Co-segregation of Aliovalent Dopants at α-Al2O3 Σ13 Grain Boundary” Materials Research Society, 令和4年11月29日.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件