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論文

Short- and middle-ranges order structures of KNbO$$_3$$ nanocrystals

米田 安宏; 國定 諒一*; 近田 司*; 上野 慎太郎*; 藤井 一郎*; 永田 肇*; 尾原 幸治*; 和田 智志*

Japanese Journal of Applied Physics, 58(SL), p.SLLA03_1 - SLLA03_7, 2019/11

https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab37e2
 被引用回数：4 パーセンタイル：21.91(Physics, Applied)

We studied KNbO$$_3$$ nanocrystals grown by a solvothermal method. Average and local structures were refined by combining Rietveld and PDF analysis. We found that a rhombohedrally distorted NbO$$_6$$ octahedron was maintained in short-range order region, even in the nanocrystals with a cubic average structure. The cubic structure of KNbO$$_3$$ nanocrystals were observed as a disordered phase of the rhombohedral structure. The disordered feature can be understood that the structural transformation owing to the particle-size effect is analogous to the temperature-driven phase transition.

論文

Local structure analysis of KNbO$$_3$$ nanocrystals with cubic shape

米田 安宏; 國定 諒一*; 近田 司*; 上野 慎太郎*; 尾原 幸治*; 和田 智志*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 43(2), p.93 - 96, 2018/04

https://doi.org/10.14723/tmrsj.43.93

立方体状の外形を有したKNbO$$_3$$ナノ結晶をマイクロウエーブでアシストしたソルボサーマル法で合成した。このKNbO$$_3$$ナノキューブの種々の構造パラメーターを抽出するために高エネルギーX線回折実験を行った。結晶粒径はシェラーの式を用いて評価した。ナノ粒子の粒径が増大するとユニットセルサイズは減少することがわかった。また、ナノ粒子の局所構造は平均構造によらず、バルクKNbO$$_3$$と同じ菱面体晶構造であった。

論文

Growth of single-phase nanostructured Er$$_2$$O$$_3$$ thin films on Si (100) by ion beam sputter deposition

Mao, W.*; 藤田 将弥*; 近田 拓未*; 山口 憲司; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 松崎 浩之*

Surface & Coatings Technology, 283, p.241 - 246, 2015/12

https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.10.060
 被引用回数：3 パーセンタイル：13.89(Materials Science, Coatings & Films)

イオンビームスパッタ蒸着法では初めて、成膜温度973K、成膜時の真空度10$$^{-5}$$Pa未満という条件で、Si (100)基板上に単相のEr$$_2$$O$$_3$$(110)薄膜を作製することに成功した。Erのシリサイドが反応時に生成するものの1023Kでの加熱アニールにより、E$$_2$$O$$_3$$の単相膜に変化し、エピタキシャル成長することを反射高速電子線回折法(RHEED)やX線回折法(XRD)などの手法によって確認した。

論文

Adsorption of H atoms on cubic Er$$_2$$O$$_3$$ (001) surface; A DFT study

Mao, W.*; 近田 拓未*; 志村 憲一郎*; 鈴木 晶大*; 山口 憲司; 寺井 隆幸*

Journal of Nuclear Materials, 443(1-3), p.555 - 561, 2013/11

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2013.08.017
 被引用回数：3 パーセンタイル：25.73(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、密度汎関数理論に基づき、Er$$_2$$O$$_3$$(001)表面やその上に水素が吸着した状態を対象に、その構造的ならびに電子的特性に関する計算を実施した。計算の結果、非常に安定な吸着サイトがいくつか存在することが分かった。Er$$_2$$O$$_3$$(001)面上でエネルギー的に最も安定なサイトでは、水素の吸着エネルギーは295.68kJ mol$$^{-1}$$ (被覆率1/8ML)となり、この値は被覆率とともに減少する傾向にあった。さらに計算の結果、解離に伴う水素原子の吸着が、水素分子のそれと比べて、少なくとも吸着エネルギーが152.64kJ mol$$^{-1}$$大きいことも分かった。これらの結果をもとに、核融合炉におけるトリチウム透過障壁中での水素同位体の透過挙動について考察した。

論文

Experimental and computational studies on tritium permeation mechanism in erbium oxide

Mao, W.*; 近田 拓未*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 山口 憲司

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.10, p.27 - 32, 2013/02

http://www.jspf.or.jp/JPFRS/PDF/Vol10/jpfrs2013_10-027.pdf

核融合炉ブランケット部では、燃料となるトリチウムの維持や環境漏洩防止の観点から、トリチウム透過の障壁となる被膜が必要である。しかし、被膜を介してのトリチウムの詳細な透過機構は、その結晶構造が複雑であることから決して十分に解明されたとは言えない。近年、計算技術の進歩によりかなり詳細に材料中の水素の拡散を取り扱えるようになってきた。本研究では、透過障壁被膜の候補とされるEr$$_2$$O$$_3$$を対象に透過機構の解明を試みた。実験では構造がnmレベルで制御されたエピタキシャル薄膜の作製を試みる一方、計算では、単結晶や、欠陥を伴った結晶構造を仮定して、幾つかの温度で拡散係数を導出した。

口頭

Hydrogen diffusion along grain boundaries in erbium oxide coatings

Mao, W.*; 近田 拓未*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*; 山口 憲司

no journal, , 

A tritium permeation barrier (TPB) is required in fusion blanket systems to reduce the loss of fuel and minimize radiological hazard. In this regard, Er$$_2$$O$$_3$$ is currently selected as one of the candidate materials for the TPB because of its excellent properties including high permeation reduction factor, good compatibility with liquid lithium, and so on. To understand the microscopic mechanism of hydrogen isotope permeation through TPB, hydrogen (H) diffusion along Er$$_2$$O$$_3$$ grain boundaries has been investigated by the experimental and simulated studies. H diffusivity predicted by the simulations was in good agreement with that derived by the experiments. Additionally, interstitial H is predicted to be steadily trapped when it diffuses near a vacancy.

口頭

イオンビームスパッタ蒸着法によるEr$$_{2}$$O$$_{3}$$高配向薄膜の作製

藤田 将弥*; 山口 憲司; 朝岡 秀人; Mao, W.*; 近田 拓未*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

Er$$_{2}$$O$$_{3}$$は、高温で安定かつ耐食性や絶縁性に優れ、核融合炉において、三重水素の拡散透過を抑制するための配管被覆用材料等として研究が進められている。従来のプラズマPVD法等で作製した1$$mu$$mほどの厚さのEr$$_{2}$$O$$_{3}$$膜の研究において、三重水素は膜中の細孔や結晶粒界を通して透過していくことが示唆されている。透過メカニズムの解明及び格段の透過抑制を図るため、Er$$_{2}$$O$$_{3}$$膜中の結晶粒界を制御した膜の作製が期待されている。本研究は、$$beta$$-FeSi$$_{2}$$の高品位膜の作製に成功した実績を有するイオンビームスパッタ蒸着(IBSD)法を用い、配向性の高い連続したEr$$_{2}$$O$$_{3}$$単結晶膜の作製条件の探索を目的としている。その結果、973Kで蒸着を行った場合、蒸着後に973Kを保ったまま加熱を継続することで配向性が良くなることが分かった。さらに、加熱を継続する時間に注目すると、加熱時間が長くなるほど配向性が良くなることが分かった。

口頭

イオンビームスパッタ蒸着法を用いたEr$$_{2}$$O$$_{3}$$膜の作製における照射イオン種の効果

藤田 将弥*; 山口 憲司; 朝岡 秀人; Mao, W.*; 近田 拓未*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

no journal, , 

イオンビームスパッタ蒸着(IBSD)法により、シリコン(Si)基板上に組成・構造制御したEr$$_{2}$$O$$_{3}$$薄膜の作製を行っている。蒸着時のスパッタに使用するイオン種をO$$^{2+}$$とすることで酸素不足を解消し、界面層のErSi$$_{2}$$生成を抑制することに成功した。

口頭

KNbO$$_3$$ナノ結晶の局所構造解析

米田 安宏; 國定 諒一*; 近田 司*; 上野 慎太郎*; 藤井 一郎*; 和田 智志*

no journal, , 

KNbO$$_3$$ナノ結晶の高エネルギーX線回折実験を行った。今回、実験に用いたKNbO$$_3$$ナノ結晶は外形がキューブ状である。また、粒径が小さいために結晶構造は立方晶構造であるため、シェラーの式が厳密に適用できる。シェラーの式から算出した粒子サイズから、結晶成長の速度論を検討した。リートベルト解析によって得られた結晶構造、また、2体相関分布関数法から直接的に求めた相関長と得られた粒子サイズを比較し、結晶成長機構を明らかにした。

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