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論文

FE-SEM observations of multiple nanohillocks on SrTiO$$_{3}$$ irradiated with swift heavy ions

喜多村 茜; 石川 法人; 近藤 啓悦; 藤村 由希; 山本 春也*; 八巻 徹也*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 44(3), p.85 - 88, 2019/06

高速重イオンがセラミックスに真上から入射すると、イオン一つに対してヒロック(ナノメートルサイズの隆起物)が一つ表面に形成される。一方で近年、SHIがチタン酸ストロンチウム(SrTiO$$_{3}$$)や酸化チタン(TiO$$_{2}$$)の表面をかするように入射した場合、表面にはイオンの飛跡に沿って連続的に複数個のヒロックが形成されると報告された。これらは原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察されており、観察結果にはAFMのプローブ寸法由来の測定誤差を含んでいる。そこで本研究では、ヒロックのサイズより十分小さい分解能(1.5nm)を有し、非接触で観察可能な電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて連続ヒロックを観察し、形状の違いを検討した。SrTiO$$_{3}$$はNbを添加することで電気伝導性が発現する。SrTiO$$_{3}$$(100)とNbを0.05wt%添加した単結晶SrTiO$$_{3}$$(100)に対し、350MeVのAuビームを、単結晶表面に対するイオンの入射角が2度以下となるよう照射した。照射後のFE-SEM観察によって、SrTiO$$_{3}$$(100)表面には長さ数百nmにわたって直径20nmのヒロックが連続的に形成されていた一方で、Nbを添加したSrTiO$$_{3}$$(100)表面では、ほぼ同じ長さで凹状に溝が形成されていることがわかった。これらの形状の違いは電気伝導性とそれによる熱伝導性の違いが起因し、イオントラックの温度が融点付近になるSrTiO$$_{3}$$(100)ではヒロックが、昇華温度にまで上昇するNb添加SrTiO$$_{3}$$(100)では溝ができると考えられる。

口頭

TEM study of surface nanostructure of ceramics irradiated with swift heavy ions

石川 法人; 田口 富嗣*; 喜多村 茜

no journal, , 

これまで材料内部の照射損傷(内部損傷)に関するデータが多く報告されているY$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$について、近年我々は内部損傷だけでなく表面損傷の観察にも成功している。表面損傷を詳細に観察し、かつ表面損傷と内部損傷との関係性が明らかになれば、これまで分からなかった照射損傷メカニズムに関する重要な知見が得られると期待される。本研究では、Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$に100MeVオーダーの高速重イオンを照射し、表面損傷と内部損傷とを同じ視野内で観察することができた。その結果、それぞれの損傷形態を直接比較することが可能になった。観察の結果、表面損傷の寸法と内部損傷の寸法がほぼ等しいことが分かった。また、材料内の物質がどの程度、照射表面側に移動しているか、についても定量することができた。これらの結果は、内部損傷と表面損傷は非常に関連性があり、内部損傷の形成とともに表面隆起(表面損傷)も同時に引き起こされていることを意味している。

口頭

Local structure of BaSn$$_{0.5}$$In$$_{0.5}$$O$$_{2.75}$$ as electrolyte for solid oxide fuel cell analyzed by EXAFS and neutron powder diffraction

井川 直樹; 樹神 克明; 田口 富嗣*; 辻 卓也; 松村 大樹; 吉井 賢資

no journal, , 

燃料電池材料BaSn$$_{0.5}$$In$$_{0.5}$$O$$_{2.75}$$の局所構造解析を中性子回折法およびEXAFS法を用いて実施した。中性子回折法による構造解析では、本材料の空間群は${it Pm}$-3${it m}$であり、SnとInは同一サイトをランダムに占有しているとの結果を得た。しかしながら、EXAFS解析では、In-O間距離とSn-O間距離は異なっており、また、水素を導入すると、In-O間距離は増加するが、Sn-O間距離は変化しないといった結果が得られた。これらの結果は、本材料中では局所的にSnとInは別のサイトを占有することを示しており、本材料における局所的な構造は平均構造から乖離していることを示唆している。本発表では、BaSn$$_{0.5}$$In$$_{0.5}$$O$$_{2.75}$$の局所構造の詳細を議論する。

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