Recent research on image crystals; Discovery of shape-controllable cavities surrounded by facets in ceramics

イメージクリスタルに関する研究の最近の動向

芹澤 弘幸  

Serizawa, Hiroyuki

イメージクリスタルの発見から形状変化の解析に至る一連の研究成果を報告し、今後の研究計画について議論する。核燃料中のヘリウム挙動の研究を実施した際に、ヘリウムがセラミックス中に析出すると負結晶が発現することを偶然発見した。また、試料の温度履歴によって負結晶の形状が異なることから、負結晶の形状が内圧によって変化するという知見を得た。更に興味深いのは、負結晶の形状が内圧に釣り合う表面自由エネルギーだけで決まるのではなく、ステップフリーエネルギーにも依存することである。これまで、これらのエネルギーの関係は明確に定義されていなかったが、本研究により、表面自由エネルギーが平衡論でいうところの安定性を意味し、ステップフリーエネルギーは速度論でいうところの活性化エネルギーに相当することが判明した。我々はこのように形状変化可能な負結晶をイメージクリスタルと命名した。今後は、イメージクリスタル含有機能性セラミックス薄膜の開発を進めると共に、J-Park, SPring-8等の大型実験装置を用いて学術的側面からの研究を加速する。

My investigation on cavities in ceramics was triggered by the unexpected discovery of a polyhedral cavity in a UO matrix. In a series of experiments, I noticed that the shape of the negative crystal changes depending on the heat-treatment history. In general, it is difficult to control arbitrarily the shapes of these polyhedral negative crystals embedded in a solid medium; however, the shape can easily be controlled using the helium injection method. Our research team named the shape controlled negative crystal as image crystal.