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ミクロ組織と結晶材料の機能との関係を明らかにしたい!

RESEARCHER
高圧ねじり加工と焼鈍により作製された完全再結晶組織を有するCoCrFeNiミディアムエントロピー合金のミクロ組織のSEM像。双晶界面と呼ばれる直線状の界面が多量に見られる。

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冷間圧延(ローラーにより材料を引き延ばす加工)を施したCoCrFeMnNiハイエントロピー合金におけるミクロ組織のTEM像。直線的な双晶界面が高密度に存在する領域(中央黒色部)やそれを囲むようにせん断帯(ナノサイズの結晶粒が分布する領域)が観察される。

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ごくわずかな変形を与えたNi-Cr二元系合金(いわゆるニクロム線)における結晶中に堆積した格子欠陥のSTEM像。黒い線状のものたちは転位と呼ばれる結晶格子の原子面が1面分ずれた一次元の格子欠陥であり、結晶の塑性変形の重要な担い手である。

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ミクロ組織の量子ビーム解析を行なっている。画像は放射光施設SPring-8で行っている実験の模式図。板状の金属試験片を変形させながら高輝度のX線を照射し、変形中のX線回折パターンをその場測定する。パターンの形状から変形中のミクロ組織変化を逆算することで定量的な評価が可能となる。

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ミクロ組織の量子ビーム解析を行なっている。画像は大強度陽子加速器施設J-PARCの中性子回折実験装置。中央のステージに試料を取り付け回転させながら中性子回折測定を行う。得られたデータから材料のミクロ組織に関する様々な情報を抽出するプログラムを開発している。

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Fe、Al、Ni、Cu、Ti、Mgなどの純金属,合金等の金属材料を対象に研究をしている。 金属は、凝固・加工・熱処理といった過程でミクロ組織が変化する。 ミクロ組織とは、材料中に存在する結晶の方位、大きさ、形状の分布、結晶構造(相)分布、組成分布、格子欠陥分布を含むすべての総称である。

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どんなタネ?

結晶材料のミクロ組織について研究しています。ミクロ組織とは、材料中に存在する結晶の方位、大きさ、形状の分布、組成分布などの総称です。金属の凝固、加工、熱処理といった材料プロセスでミクロ組織が変化をし、材料の力学特性、電気特性、熱物性、触媒特性、磁気特性とあらゆる特性に影響します。研究では、ミクロ組織を電子顕微鏡や量子ビーム解析によって観察・分析し、可視化と定量評価を進めています。ミクロ組織を観察すると、場所によって界面や欠陥の分布状態が違うところがあります。研究を進めて、このような変形ミクロ組織発達のメカニズムを調べるとともに、結晶材料のミクロ組織と機能との関係を定量的に解明したいと考えています。

なぜ研究を始めた?

高校生の時、大学の見学で電子顕微鏡をみて「ミクロ組織の写真が綺麗だ」と感じ、この分野に興味をもちました。中でも、例えば金属を薄く潰して伸ばすなどして結晶材料が変形された時にできるミクロ組織について、なぜこのような美しいパターンが形成されるのか関心をもっています。電子顕微鏡を自分で操作しているうちに、観察者の腕で写真の綺麗さが変わるこの世界がどんどん面白くなってきました。また、みんなが知らない結果を最初に独り占めできることも魅力です。博士課程では多元素を高濃度で混ぜたハイエントロピー合金という材料を対象にしていましたが、純金属でもわかっていないことが多くあることに気づき、元素2つを混ぜた単純な合金の研究を始めました。

なにを変える?

ミクロ組織の解明によってほしい特性の材料をつくることができれば、あらゆる分野で応用ができます。たとえば力学特性では地震が来ても崩れない家を作る、また欲しい物質をたくさん製造できる触媒をつくるといったことが可能になります。私としては、産業界でほしい特性を尖らせていくというよりは、尖らせるために、どのような支配因子があるのか、それを解明していきたいと考えています。

なにが必要?

研究では、結晶材料をつくり、観察・分析をして特性を評価しています。これまで研究室では主に力学特性を調べてきましたが、最近興味を持ち始めた電気特性、熱物性、触媒特性、磁気特性などほかの特性の評価方法にノウハウがないため、ぜひこの分野が得意な研究者の力を借りたいと考えています。

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