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neutron diffraction study山下 享介*; 古賀 紀光*; Mao, W.*; Gong, W.; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 藤井 英俊*; 梅澤 修*
Materials Science and Engineering A, 941, p.148602_1 - 148602_11, 2025/09
被引用回数：0Ferrite-austenite duplex stainless steels offer excellent strength and ductility, making them suitable for extreme environments. In this study, 
neutron diffraction during tensile testing at 293 K and 200 K was used to investigate stress partitioning and phase-specific deformation. Phase stress was calculated using a texture-compensated method. At both temperatures, ferrite showed higher phase stress than austenite, acting as the harder phase. At 200 K, both phases exhibited increased strength and work hardening. Austenite showed significant stacking fault formation alongside dislocation migration, while ferrite retained its dislocation-based deformation mode, becoming more effective. Stress contributions from both phases were comparable. No martensitic transformation occurred. Strengthening and enhanced work hardening in both phases led to high strength at 200 K, with ductility similar to that at 293 K.
Mao, W.*; Gong, W.; 川崎 卓郎; Gao, S.*; 伊東 達矢; 山下 享介*; Harjo, S.; Zhao, L.*; Wang, Q.*
Scripta Materialia, 264, p.116726_1 - 116726_6, 2025/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nanoscience & Nanotechnology)An ultrafine-grained 304 austenitic stainless steel exhibited pronounced serrated Luders deformation at 20 K, with stress and temperature oscillations reaching 200 MPa and 20 K. 
neutron diffraction and digital image correlation revealed discontinuous Luders band propagation and burst martensite formation. During deformation, austenite phase stress remained lower than at upper yielding, indicating elastic behavior. Notably, martensite phase stress stayed lower than austenite until fracture, likely due to stress relaxation from burst martensitic transformation at 20 K. The low martensite stress delayed brittle fracture until austenite plastically yielded during uniform deformation.
neutron diffraction study伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; Mao, W.*; 川崎 卓郎; 岡田 和歩*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.
Acta Materialia, 287, p.120767_1 - 120767_16, 2025/04
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)Incorporating solute hydrogen into Fe-Cr-Ni-based austenitic stainless steels enhances both strength and ductility, providing a promising solution to hydrogen embrittlement by causing solid-solution strengthening and assisting deformation twinning. However, its impacts on the relevant lattice defects evolution (
, dislocations, stacking faults, and twins) during deformation remains unclear. This study compared the tensile deformation behavior in an Fe-24Cr-19Ni (mass%) austenitic steel with 7600 atom ppm hydrogen-charged (H-charged) and without hydrogen-charged (non-charged) using neutron diffraction. Hydrogen effects on the lattice expansion, solid-solution strengthening, stacking fault probability, stacking fault energy, dislocation density, and strain/stress for twin evolution were quantitatively evaluated to link them with the macroscale mechanical properties. The H-charged sample showed improvements in yield stress, flow stress, and uniform elongation, consistent with earlier findings. However, solute hydrogen exhibited minimal influences on the evolution of dislocation and stacking fault. This fact contradicts the previous reports on hydrogen-enhanced dislocation and stacking fault evolutions, the latter of which can be responsible for the enhancement of twinning. The strain for twin evolution was smaller in the H-charged sample compared to the non-charged one. Nevertheless, when evaluated as the onset stress for twin evolution, there was minimal change between the two samples. These findings suggest that the increase in flow stress due to the solid-solution strengthening by hydrogen is a root cause of accelerated deformation twinning at a smaller strain, leading to an enhanced work-hardening rate and improved uniform elongation.
Li, F.*; Tang, X.*; Fei, Y.*; Zhang, J.*; Liu, J.*; Lang, P.*; Che, G.*; Zhao, Z.*; Zheng, Y.*; Fang, Y.*; et al.
Journal of the American Chemical Society, 147(17), p.14054 - 14059, 2025/04
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)2,2'-ビピラジン(BPZ)の圧力誘起重合により結晶性グラファンナノリボン(GANR)を合成した。中性子回折データのリートベルト精密化,核磁気共鳴スペクトル,赤外スペクトル,理論計算を行った結果、BPZは
積層した芳香環の間でディールス・アルダー重合し、並外れた長距離秩序を持つ伸びたボート型GANR構造を形成することがわかった。未反応の-C=N-基がボートの両端を橋渡ししており、さらなる機能化の余地がある。このGANRのバンドギャップは2.25eVであり、光電応答は良好である(I
/I
=18.8)。われわれの研究は、高圧トポケミカル重合法が、特定の構造と望んだ特性を持つグラファンの精密な合成に有望な方法であることを強調している。
Yang, X.*; Che, G.*; Wang, Y.*; Zhang, P.*; Tang, X.*; Lang, P.*; Gao, D.*; Wang, X.*; Wang, Y.*; 服部 高典; et al.
Nano Letters, 25(3), p.1028 - 1035, 2025/01
被引用回数：1 パーセンタイル：84.76(Chemistry, Multidisciplinary)飽和sp
-カーボンナノスレッド(CNTh)は、その高いヤング率と熱伝導率が予測され、大きな関心を集めている。中心環へのヘテロ原子の導入がCNThの形成に影響を与え、化学的に均質な生成物が得られることが示されているが、ペンダント基が重合プロセスに与える影響については、まだ未解明である。本研究では、フェノールの圧力誘起重合を調べ、0.5GPaと4GPa以下で起こる2つの相転移を明らかにした。20GPa以上では、フェノールは水酸基とカルボニル基を持つ重合度4のCNTに重合する。ヒドロキシル基の水素移動は、重合度6のナノスレッドの形成を妨げることがわかった。この発見は、さらなるカラム内重合を阻止する水酸基の重要な役割を浮き彫りにし、今後のメカニズム研究やナノ材料合成に貴重な示唆を与えるものである。
Lu-DOTATATE peptide receptor radionuclide therapy三輪 建太*; 柿野 諒*; 佐藤 達彦; 古田 琢哉; 宮司 典明*; 山尾 天翔*; 山下 康輔*; 寺内 康輔*
Physical and Engineering Sciences in Medicine, 9 Pages, 2025/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Engineering, Biomedical)RT-PHITSは、PHITSを放射線治療分野に応用するための統合パッケージで、患者のCT/SPECT画像をPHITSの入力形式に変換してその線量評価を行うことができる。本稿では、Lu-DOTATATEペプチド受容体核医学療法後のSPECT/CT画像とRT-PHITSを用いた個別線量測定の実現可能性について検討する。
neutron diffraction study to elucidate hydrogen effect on the deformation mechanism in Type 310S austenitic stainless steel伊東 達矢; 小川 祐平*; Gong, W.; Mao, W.*; 川崎 卓郎; 岡田 和歩*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.
Proceedings of the 7th International Symposium on Steel Science (ISSS 2024), p.237 - 240, 2024/11
Hydrogen embrittlement has long been an obstacle to the development of safe infrastructure. However, in contrast to hydrogen's embrittling effect, recent research has revealed that the addition of hydrogen improves both the strength and uniform elongation of AISI Type 310S austenitic stainless steel. A detailed understanding of how hydrogen affects the deformation mechanism of this steel could pave the way for the development of more advanced materials with superior properties. In the present study, neutron diffraction experiments were conducted on Type 310S steel with and without hydrogen-charged to investigate the effect of hydrogen on the deformation mechanism. In addition to the effect of solid-solution strengthening by hydrogen, the q-value, a parameter representing the proportion of edge and screw dislocations in the accumulated dislocations, was quantitatively evaluated using CMWP analysis on neutron diffraction patterns. The comparison of q-values between the hydrogen-charged and non-charged samples reveals that hydrogen has minimal effect on dislocation character in Type 310S steel.
Harjo, S.; Mao, W.*; Gong, W.; 川崎 卓郎
Proceedings of the 7th International Symposium on Steel Science (ISSS 2024), p.205 - 208, 2024/11
This study aimed to elucidate the effect of grain size on the deformation behavior of TRIP steel. We prepared metastable austenitic Fe-24Ni-0.3C steel samples with average grain sizes of 35 
m (coarse grain: CG) and 0.5 m (ultrafine-grain: UFG) for in situ neutron diffraction studies during tensile deformation at room temperature. Our observations revealed increases in dislocation density in both samples prior to DIMT, indicating that plastic deformation precedes DIMT regardless of grain size. In the UFG sample, a significant rise in dislocation density occurred just around the yielding point with minimal increases in macroscopic plastic strain. Additionally, the dislocations exhibited strong dipole arrangements.
Mao, W.*; Gao, S.*; Gong, W.; 川崎 卓郎; 伊東 達矢; Harjo, S.; 辻 伸泰*
Acta Materialia, 278, p.120233_1 - 120233_13, 2024/10
被引用回数：13 パーセンタイル：96.74(Materials Science, Multidisciplinary)Using a hybrid method of in situ neutron diffraction and digital image correlation, we found that ultrafine-grained 304 stainless steel exhibits Luders deformation after yielding, in which the deformation behavior changes from a cooperation mechanism involving dislocation slip and martensitic transformation to one primarily governed by martensitic transformation, as the temperature decreases from 295 K to 77 K. Such martensitic transformation-governed Luders deformation delays the activation of plastic deformation in both the austenite parent and martensite product, resulting in delayed strain hardening. This preserves the strain-hardening capability for the later stage of deformation, thereby maintaining a remarkable elongation of 29% while achieving a high tensile strength of 1.87 GPa at 77 K.
Guo, B.*; Chen, H.*; Chong, Y.*; Mao, W.; Harjo, S.; Gong, W.; Zhang, Z.*; Jonas, J. J.*; 辻 伸泰*
Acta Materialia, 268, p.119780_1 - 119780_11, 2024/04
被引用回数：10 パーセンタイル：94.16(Materials Science, Multidisciplinary)This paper focused on the characterization and mechanism of the dynamic transformation from the alpha to beta phase during the hot deformation of Ti-6Al-4V alloy and pure titanium. The investigation employed in-situ neutron diffraction and atomistic simulations for a comprehensive understanding of the process. Dynamic transformations were observed during deformation of the Ti-6Al-4V alloy and pure titanium below the beta transus temperatures. During isothermal holding after unloading, the in-situ neutron diffraction results for Ti-6Al-4V and pure titanium indicated a sluggish reverse transformation from the beta to alpha phase. The mechanism of dynamic transformation was explored through in-situ neutron diffraction and atomistic simulations, which revealed twofold effects of deformation on dynamic transformation. Firstly, deformation led to a significant rise in the Gibbs energy of the alpha phase relative to the beta phase, expanding the beta phase region and diminishing the alpha phase region. Secondly, deformation lowered the energy barriers associated with dynamic transformation, facilitating the activation of dynamic transformation more readily than in the equilibrium state before deformation.
neutron diffraction revealing the achievement of excellent combination of strength and ductility in metastable austenitic steel by grain refinementMao, W.; Gong, W.; Harjo, S.; 諸岡 聡; Gao, S.*; 川崎 卓郎; 辻 伸泰*
Journal of Materials Science & Technology, 176, p.69 - 82, 2024/03
被引用回数：6 パーセンタイル：59.51(Materials Science, Multidisciplinary)Fe-24Ni-0.3C(wt.%)準安定オーステナイト鋼の降伏応力は、平均結晶粒径が35
m(粗粒[CG])から0.5m(超微細粒[UFG])に減少すると3.5倍(158
551MPa)に増加したが、引張伸びは大きく維持された(0.870.82)。結晶粒径が力学特性と変形機構に及ぼす影響を定量的に明らかにするため、室温での引張変形中にCGとUFG Fe-24Ni-0.3C鋼のその場中性子回折測定を行った。CGとUFG試料における塑性変形の初期段階は転位すべりによって支配され、変形後期には変形誘起マルテンサイト変態(DIMT)も生じた。結晶粒の微細化により、DIMTの開始応力が大きく増加し、ひずみに関するDIMTの速度が抑制されることがわかった。結果として、(i)結晶粒微細化によりオー ステナイトが安定化し、DIMTに対して最も安定な結晶粒である
111
//LD(LD:負荷方向)オーステナイト粒でのDIMTの開始が大幅に遅れた。その結果、UFG試験片の111//LDオーステナイト粒のほとんどはマルテンサイトに変態しなかった。(ii)結晶粒の微細化は、マルテンサイト変態の自己促進効果も抑制した。それにもかかわらず、UFG試験片の変態速度が低いDIMTは、CG試験片のより応力を増加させるのに効率がよく、変形中に均一な変形を維持するのに適していた。以上の現象は、UFG準安定オーステナイト鋼の優れた強度と延性の両立に相互に寄与している。
-Ti alloyZhang, B.*; Xin, S.*; Huang, M.*; Mao, W.; Jia, W.*; Li, Q.*; Li, S.*; Zhang, S.*; Mao, C.*
Materials Science & Engineering A, 890, p.145898_1 - 145898_7, 2024/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nanoscience & Nanotechnology)本研究では、高Zr--Ti合金の変形温度を300Kから77Kに下げると回復ひずみが2.25%から5.5%に大幅に増加することを報告した。この合金の超弾性は77Kにおいて粒径に依存しないことがわかった。その結果、粗粒試料は77Kで超微粒試料とほぼ同じ超弾性を示すことがわかった。変形誘起マルテンサイト変態と転位すべりの相対的な容易さは77Kで大きく変化し、転位すべりは強く抑制され、超弾性に対する結晶粒の微細化の影響は影を潜めた。
ders band deformation in an ultrafine grain stainless steel by combining neutron diffraction and digital image correlation analysisMao, W.; Gao, S.*; Gong, W.; Harjo, S.; 川崎 卓郎; 辻 伸泰*
Scripta Materialia, 235, p.115642_1 - 115642_6, 2023/10
被引用回数：16 パーセンタイル：86.78(Nanoscience & Nanotechnology)本研究では、巨大なリューダースバンド変形を示す超微細粒(UFG)ステンレス鋼の引張その場中性子回折とデジタル画像相関測定を行い、バンド伝播中の歪硬化に対するオーステナイト母相と変形誘起マルテンサイトの個々の寄与を評価した。定量的解析の結果、UFG構造によって流動応力が大幅に増加した場合、オーステナイト母相のひずみ硬化は均一な変形を維持するには不十分であることがわかった。リューダースバンドの伝播に必要なひずみ硬化は、マルテンサイトの形成とその内部の高い内部応力によってもたらされた。
Mao, W.; Gao, S.*; Gong, W.; Bai, Y.*; Harjo, S.; Park, M.-H.*; 柴田 曉伸*; 辻 伸泰*
Acta Materialia, 256, p.119139_1 - 119139_16, 2023/09
被引用回数：36 パーセンタイル：98.04(Materials Science, Multidisciplinary)変形誘起塑性(TRIP)鋼は、変形誘起マルテンサイト変態(DIMT)に伴う加工硬化率の向上により、強度と延性の優れた組み合わせを示す。TRIP鋼や合金の加工硬化挙動におけるDIMTの役割を定量的に評価することは、強度と延性の両立を可能にする先進材料を設計するための指針を与えるが、変形中に相組成が変化し続け、応力と塑性ひずみの両方が構成相間で動的に分配されるため、その評価は困難である。本研究では、Fe-24Ni-0.3C(wt.%)TRIPオーステナイト鋼の引張変形とその場中性子回折測定を行った。中性子回折測定による応力分割と相分割に基づく解析手法を提案し、試験片の引張流動応力と加工硬化率を、オーステナイト母相,変形誘起マルテンサイト、DIMT変態速度に関連する因子に分解し、試料の加工硬化挙動における各因子の役割を考察した。さらに、回折プロファイル解析により測定した転位密度を用いてオーステナイトとマルテンサイト間の塑性ひずみ分配を間接的に推定し、材料中のオーステナイトとマルテンサイト間の応力・ひずみ分配の全体像を構築した。その結果、変形誘起マルテンサイト変態速度とマルテンサイトが負担する相応力の両方が、材料の全体的な引張特性に重要な役割を果たしていることが示唆された。提案した分解解析法は、TRIP現象を示す多相合金の機械的挙動を調べるために広く適用できる可能性がある。
phase to phase in zirconium alloy revealed by in-situ neutron diffraction during high temperature deformationGuo, B.*; Mao, W.; Chong, Y.*; 柴田 曉伸*; Harjo, S.; Gong, W.; Chen, H.*; Jonas, J. J.*; 辻 伸泰*
Acta Materialia, 242, p.118427_1 - 118427_11, 2023/01
被引用回数：12 パーセンタイル：68.62(Materials Science, Multidisciplinary)Dynamic transformation from alpha (HCP) to beta (BCC) phase in a zirconium alloy was revealed by the use of in-situ neutron diffraction during hot compression. The dynamic transformation was unexpectedly detected during isothermal compression at temperatures of 900
C and 950C (alpha + beta two-phase region) and strain rates of 0.01 s
and 0.001 s, even though equilibrium two-phase states were achieved prior to the hot compression. Dynamic transformation was accompanied by diffusion of Sn from beta to alpha phase, which resulted in changes of lattice parameters and a characteristic microstructure of alpha grains. The details of dynamic transformation are discussed using the evolution of lattice constants.
Fe
O
spinel and postspinel with elevating pressure山中 高光*; Rahman, S.*; 中本 有紀*; 服部 高典; Jang, B. G.*; Kim, D. Y.*; Mao, H.-K.*
Journal of Physics and Chemistry of Solids, 167, p.110721_1 - 110721_10, 2022/08
被引用回数：1 パーセンタイル：6.44(Chemistry, Multidisciplinary)高圧下中性子回折実験により、立方晶MnFe
Oスピネルと正方晶MnFeOはそれぞれ18GPaと14GPa以上でCaMnO型の構造に変化することが分かった。MnFeO固溶体の転移圧力はMn含有量の増加とともに低下することがわかった。放射光X線M
ssbauer実験により、スピネル構造の四面体サイト(A)と八面体サイト(B)におけるFe
とFe
分布が圧力によって変化することを明らかにした。MnFeOとMnFeOは常温ではフェリ磁性体である。CaMnO型相は常磁性であった。電気抵抗の温度依存性から、このスピネルはA,Bサイトのカチオン間の電子ホッピングによって電気伝導を起こす半導体であることが示唆された。圧力によってB-B間距離が短くなると、隣接するBカチオン間の電子移動度が大きくなり、伝導が促進される。MnFeOのBサイトにおけるFeとFeの占有率はMnFeOのそれよりもずっと大きいことが明らかになった。CaMnO型は金属相である。理論計算の結果、金属的な性質が確認され、Feのd軌道がMnのd軌道に比べて強く適合されていることがわかった。
Chen, L.*; Mao, C.*; Chung, J.-H.*; Stone, M. B.*; Kolesnikov, A. I.*; Wang, X.*; 村井 直樹; Gao, B.*; Delaire, O.*; Dai, P.*
Nature Communications (Internet), 13, p.4037_1 - 4037_7, 2022/07
被引用回数：22 パーセンタイル：81.53(Multidisciplinary Sciences)Spin and lattice are two fundamental degrees of freedom in a solid, and their fluctuations about the equilibrium values in a magnetic ordered crystalline lattice form quasiparticles termed magnons (spin waves) and phonons (lattice waves), respectively. In most materials with strong spin-lattice coupling (SLC), the interaction of spin and lattice induces energy gaps in the spin wave dispersion at the nominal intersections of magnon and phonon modes. Here we use neutron scattering to show that in the two-dimensional (2D) van der Waals honeycomb lattice ferromagnetic CrGeTe, spin waves propagating within the 2D plane exhibit an anomalous dispersion, damping, and breakdown of quasiparticle conservation, while magnons along the c axis behave as expected for a local moment ferromagnet. These results indicate the presence of dynamical SLC arising from the zero-temperature quantum fluctuations in CrGeTe, suggesting that the observed in-plane spin waves are mixed spin and lattice quasiparticles fundamentally different from pure magnons and phonons.
Mao, W.; Gao, S.*; Bai, Y.*; Park, M.-H.*; 柴田 曉伸*; 辻 伸泰*
Journal of Materials Research and Technology, 17, p.2690 - 2700, 2022/03
被引用回数：18 パーセンタイル：80.29(Materials Science, Multidisciplinary)超微細結晶粒(UFG)組織を有する準安定オーステナイト鋼は、冷間圧延中の変形誘起マルテンサイト変態と焼鈍時のオーステナイトへの逆変態を利用することにより、従来の冷間圧延および焼鈍プロセスで製造することができる。しかし、変形誘起マルテンサイト変態に対するオーステナイトの機械的安定性が高い場合には、冷間圧延中に十分な量のマルテンサイトが生成しないため、このようなプロセスは適用できない。本研究では、高い機械的安定性を有するFe-24Ni-0.3C準安定オーステナイト鋼に対して、冷間圧延と焼鈍の2段階プロセスを適用した。冷間圧延に先立ち、繰り返しサブゼロ処理と逆焼鈍処理を施した。このような処理により、オーステナイトの機械的安定性が劇的に低下し、その後の冷間圧延工程で変形誘起マルテンサイトの生成が大幅に促進された。その結果、結晶粒の微細化が著しく促進され、平均オーステナイト粒径0.5mmの完全再結晶試験片の作製に成功し、高強度と高延性を両立させた。
Mao, W.; Gong, W.; 川崎 卓郎; Harjo, S.
Materials Science & Engineering A, 837, p.142758_1 - 142758_8, 2022/03
被引用回数：8 パーセンタイル：48.81(Nanoscience & Nanotechnology)The effect of the deformation-induced martensitic transformation (DIMT) on the Portevin-Le Chatelier (PLC) effect in Fe-24Ni-0.3C (wt%) metastable austenitic steel was investigated herein by using digital image correlation (DIC) technique combined with in-situ neutron diffraction. The DIMT and the PLC deformation were simultaneously observed by in-situ neutron diffraction and DIC, respectively. The results showed that the type of PLC bands changed from type A + B to type C after the DIMT occurrence (i.e., the PLC band behavior changed from propagation type to random static nucleation type, while the localized deformation suddenly and significantly increased). The DIC analysis demonstrated that the strain per PLC band did not immediately increase after the martensite formation. The remarked increase in the localized deformation was mainly attributed to the unusual temporary spatial aggregations of the type C PLC bands caused by the autocatalytic effect of the martensitic transformation.
木全 哲也*; 垣谷 健太*; 山本 春也*; 下山 巖; 松村 大樹; 岩瀬 彰宏*; Mao, W.*; 小林 知洋*; 八巻 徹也*; 寺井 隆幸*
Physical Review Materials (Internet), 6(3), p.035801_1 - 035801_7, 2022/03
被引用回数：7 パーセンタイル：44.71(Materials Science, Multidisciplinary)High activity is one of the primary requirements for the catalysts in proton exchange membrane fuel cell applications. Previous computational studies suggested that the catalytic activity of Pt nanoparticles could be enhanced by a Pt-carbon (C) support interaction. We have recently found that an enhanced electronic interaction occurs at the interface between an argon-ion (Ar
)-irradiated glassy carbon (GC) surface and Pt nanoparticles. Here, we report a more than two-fold increase in specific activity (SA) for the Pt nanoparticles on the Ar-irradiated GC substrate compared to that on the non-irradiated GC substrate. The mechanism of this activity enhancement was investigated by local structure analysis of the interface. Ar irradiation of the carbon support led to the formation of the Pt-C bonding, thus protecting the deposited Pt nanoparticles from oxidation.
