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論文

Mictomagnetism and suppressed thermal conduction of the prototype high-entropy alloy CrMnFeCoNi

Yang, J.*; Ren, W.*; Zhao, X.*; 菊地 龍弥*; Miao, P.*; 中島 健次; Li, B.*; Zhang, Z.*

Journal of Materials Science and Technology, 99, p.55 - 60, 2022/02

物性測定と中性子散乱を組み合わせることにより、面心立方高エントロピー合金CrMnFeCoNiの磁気および熱輸送特性を調べた。DCおよびAC帯磁率は、温度領域全体で反強磁性および強磁性相互作用が共存する常磁性挙動を示し、それぞれ、常磁性から反強磁性への遷移、反強磁性から強磁性への遷移、およびスピン凍結に対応して、約80, 50、および20Kで3つの異常が見られる。電気伝導率と熱伝導率はNiに比べて大幅に低下しており、格子熱伝導率の温度依存性はガラスのようなプラトーを示す。非弾性中性子散乱測定は弱い非調和性を示唆し、熱輸送は欠陥散乱によって支配されると思われる。

論文

Screw dislocation-spherical void interactions in fcc metals and their dependence on stacking fault energy

早川 頌*; 土井原 康平*; 沖田 泰良*; 板倉 充洋; 愛知 正温*; 鈴木 克幸*

Journal of Materials Science, 54(17), p.11509 - 11525, 2019/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:50.98(Materials Science, Multidisciplinary)

We performed molecular dynamics simulations to evaluate the effects of stacking fault energy (SFE) on interactions between a screw dislocation and spherical voids in face-centered cubic (fcc) metals. It was observed that the frequency of the cross-slips is a critical factor affecting the interaction, with primarily three different interaction morphologies being observed: (1) the two partial dislocations detach from the void independently with a time lag, (2) the two partial dislocations detach from the void almost simultaneously on a single slip plane, and (3) the two partial dislocations detach from the void almost simultaneously while involving more than one cross-slip and a jog formation. The magnitude of the critical resolved shear stress (CRSS) increases in the order mentioned above. The CRSS values for interaction morphology (2), which was observed most frequently in this study, were in good agreement with those predicted analytically by adjusting the parameters dependent on the SFE. Based on the obtained results, we discussed the applicability of the analytical model for void hardening in fcc metals. The results of this work contribute significantly to the modeling of mechanical property degradation in irradiated metals.

論文

Atomistic simulations for the effects of stacking fault energy on defect formations by displacement cascades in FCC metals under Poisson's deformation

早川 頌*; 沖田 泰良*; 板倉 充洋; 川畑 友弥*; 鈴木 克幸*

Journal of Materials Science, 54(16), p.11096 - 11110, 2019/08

 被引用回数:3 パーセンタイル:28.74(Materials Science, Multidisciplinary)

We performed molecular dynamics simulations of displacement cascades in FCC metals under Poisson's deformation using interatomic potentials differing in stacking fault energy (SFE), in order to investigate the effect of tensile strain on the SFE dependence of defect formation processes. There was no clear SFE dependence of the number of residual defects and the size distribution of defect clusters under both no strain and the applied strain, while the strain enhanced the defect formation to a certain extent. We also observed that the strain affected the formations of self-interstitial atom (SIA) clusters depending on their size and the Burgers vector. These results were consistent with the analysis based on the defect formation energies. Meanwhile, the number of SIA perfect loops was higher at lower SFE under both no strain and the applied strain, leading to an increase in the ratio of glissile SIA clusters with a decrease in SFE. Further, the absolute number of SIA perfect loops was increased by the applied strain, while the SFE dependence of the number of SIA perfect loops was not affected. These findings were associated with the difference in formation energy between an SIA perfect loop and an SIA Frank loop. The insights extracted from this study significantly contribute to the modeling of microstructural evolution in nuclear materials under irradiation, especially for low SFE metals such as austenitic stainless steels.

論文

Effect of strong gravitational field on oriented crystalline perovskite-type manganese oxide La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$

徳田 誠*; 真下 茂*; Khandaker, J. I.*; 緒方 裕大; 峯 洋二*; 速水 真也*; 吉朝 朗*

Journal of Materials Science, 51(17), p.7899 - 7906, 2016/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:10.2(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the effect of a strong gravitational field on oriented crystalline perovskite-type manganese oxide La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$ (LSMO). A strong gravitational field can change in crystalline state and the enhancement of usual diffusion. We subjected oriented crystalline La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$ with different grain and grain-boundary (GBs) Sr concentrations to a strong gravitational field and investigated the resulting changes in the A-site cation diffusion and physical properties of the material. The quantitative analysis at the grain and GBs indicated that cation diffusion was more enhanced than the annealed one. The temperature dependence of the magnetic susceptibility of the gravity samples changed with the Sr concentration in the grains. The temperature dependence of the resistivity curves of the gravity sample showed several abrupt changes, which corresponded to phase transitions at the grains and GBs, which may be caused by composition changes.

論文

Synthesis of multilayered composite nanotube heterostructure; SiC-SiO$$_{2}$$, C-SiO$$_{2}$$, and C-SiC-SiO$$_{2}$$ nanotubes

田口 富嗣; 社本 真一

Journal of Materials Science, 47(10), p.4363 - 4369, 2012/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:12.91(Materials Science, Multidisciplinary)

簡便な熱処理により、3種類の複合ナノチューブ(SiC-SiO$$_{2}$$, C-SiO$$_{2}$$及びC-SiC-SiO$$_{2}$$ナノチューブ)の合成に成功した。これら多層複合ナノチューブは、金属,半導体及び絶縁体と異なった電気特性を有する物質から合成されていた。特に、金属,半導体及び絶縁体から構成されているC-SiC-SiO$$_{2}$$ナノチューブは、本研究により初めて合成された。これら多層複合ナノチューブは、ナノ電気・光学デバイスへの応用が期待される。

論文

Synthesis and properties of ceramic fibers from polycarbosilane/polymethylphenylsiloxane polymer blends

北 憲一郎; 成澤 雅紀*; 中平 敦*; 間渕 博*; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Journal of Materials Science, 45(13), p.3397 - 3404, 2010/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:32.88(Materials Science, Multidisciplinary)

ポリカルボシラン(PCS)にポリシロキサンの1種であるポリメチルフェニルシロキサン(PMPhS)を混合したポリマーブレンドを用いて、炭化ケイ素(SiC)系繊維を作製した。PCSに対してPMPhSは30mass%まで相溶し、そのポリマーブレンドは513K以上で加熱すると透明な液状ポリマーと化した。また、PMPhSを混合すると軟化点も低下した。PCSへのPMPhSの15mass%混合が、平均直径14.4$$mu$$mの細径高分子繊維を得るために適した条件であり、1273Kで焼成した橋かけ高分子繊維のセラミック収率は85.5%であった。細径であるにもかかわらず、引張強度は1273K焼成後で0.78GPaを示すこのSiC系繊維を、さらに1673$$sim$$1773Kで焼成した場合、ナノ結晶粒からなる特有のミクロ構造を持つ多孔質なSiC系繊維が得られ、その表面積は70$$sim$$150m$$^{2}$$/gであった。

論文

High-temperature pyrolysis of ceramic fibers derived from polycarbosilane-polymethylhydrosiloxane polymer blends with porous structures

北 憲一郎; 成澤 雅紀*; 中平 敦*; 間渕 博*; 伊藤 正義*; 杉本 雅樹; 吉川 正人

Journal of Materials Science, 45(1), p.139 - 145, 2010/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:30.01(Materials Science, Multidisciplinary)

ポリカルボシラン(PCS)と高分子量のポリヒドロメチルシロキサン(PMHS-h)からポリマーブレンドを作製し、粘度測定,質量変化率,発生ガス量等を測定した。その中で、260$$^{circ}$$Cにおいて粘度が極小値を示す、PMHS-hを15mass%混合させたポリマーブレンドを選び、これを紡糸して熱酸化不融化後に1273Kで焼成した。得られたファイバーのSEM観察を行ったところ、ファイバー断面に均一に複数の孔が存在していた。引張強度は約2.14GPaを示した。このファイバーを1773Kでさらに焼成したところ、通常のSiCファイバー表面に形成されるはずの$$beta$$-SiC結晶塊が観察されず、引張強度は0.56GPaと非常に高い値を示した。1273Kの焼成後に1773Kで再焼成する新手法をPMHS-hとPCSのポリマーブレンドに適用することにより、高強度・高耐熱性の複数孔を有するSiC系セラミックスファイバーが作製可能であることがわかった。

論文

Long-term performance of polyetheretherketone-based polymer electrolyte membrane in fuel cells at 95$$^{circ}$$C

Chen, J.; Zhai, M.*; 浅野 雅春; Huang, L.*; 前川 康成

Journal of Materials Science, 44(14), p.3674 - 3681, 2009/07

 被引用回数:25 パーセンタイル:62.97(Materials Science, Multidisciplinary)

放射線グラフト後加水分解することにより、ポリエーテルエーテルケトン高分子電解質膜を合成した。合成した電解質膜を燃料電池に組み込み、高温で長期耐久性を評価した。その結果、0.3A/cm$$^{2}$$の燃料電池密度で1000時間以上の耐久性があることが確認できた。同時に、そのセル電圧の劣化率も時間あたりわずかに18マイクロボルトであることがわかった。耐久性実験後、電解質膜と触媒層の劣化メカニズムを調べたところ、炭化水素系電解質膜では、高濃度酸素の環境で熱劣化が起こり、これが電圧低下につながることがわかった。また、触媒層では、白金微粒子の粗大化が起こり、これが電圧低下につながることもわかった。

論文

Carcinogen adsorbent prepared from DNA complex by $$gamma$$-ray irradiation

古澤 和也*; 北 恵里香*; 佐伯 俊彦*; 長澤 尚胤; 西 則雄*; 土橋 敏明*

Journal of Biomaterials Science; Polymer Edition, 19(9), p.1159 - 1170, 2008/09

デオキシリボ核酸(DNA)は発ガン性物質をインターカーション吸着する働きがあることから、このDNAを不溶化することによって、天然高分子由来の環境浄化材料を開発することが可能となる。そこで、本研究では食品加工残渣の鮭白子DNAを選定し、多糖類誘導体やタンパク質にブレンド後、放射線橋かけしてハイブリッドゲルを創製し、得られたゲルのゲル分率,膨潤度を調べるとともに、発ガン物質のモデル物質であるアクリジルオレンジを用いて吸着特性を評価した。カルボキシメチルセルロース,ゼラチン,アルブミンを用いた場合に効率よく橋かけし、50kGy照射でゲル分率が60%以上になり、その吸水特性は約200倍であることを見いだした。10kGy照射して得られたゼラチン/DNAゲルのアクリジルオレンジの吸着量は、DNA無添加に比べて10倍以上(1.8$$mu$$g/g)に増加し、環境浄化材料としての有用性を確認できた。

論文

Influence of pre-irradiation atmosphere on the properties of polymer electrolyte membranes prepared using radiation grafting method

Septiani, U.*; Chen, J.; 浅野 雅春; 前川 康成; 吉田 勝; 久保田 仁*

Journal of Materials Science, 42(4), p.1330 - 1335, 2007/02

 被引用回数:15 パーセンタイル:48.28(Materials Science, Multidisciplinary)

電解質膜の開発において、耐久性の向上は重要な課題になっている。本論文では、ETFE膜にスチレンモノマーを放射線グラフトした後、スルホン化して得た高分子電解質膜の耐久性に及ぼす照射雰囲気の影響について検討した結果をまとめた。10kGy照射したETFE膜(50$$mu$$m)にアルゴンガスをバブリングしたスチレンモノマー(40vol%)とトルエン(60vol%)の混合溶液を充填して50$$^{circ}$$Cでグラフト重合を行った。この前照射の場合、アルゴン雰囲気中及び酸素雰囲気中で行った。前照射・後グラフト重合法によるETFE膜へのスチレンをグラフト重合後、スルホン化して得た電解質膜の耐酸化性を検討した。耐酸化性試験には、1.0mmol/gのイオン交換容量を持つ電解質膜を用いた。耐酸化性は60$$^{circ}$$C、3%過酸化水素水溶液中に電解質膜を浸漬した後の重量変化から評価した。その結果、アルゴン雰囲気下で照射して得た電解質膜の耐久性は、酸素雰囲気下で照射して得た電解質膜に比べて、2倍高いことがわかった。酸素雰囲気下で照射して得た電解質膜の耐久性が低い理由として、主鎖とグラフト鎖の間にあるエーテル結合に起因していると推察した。

論文

Synthesis of a minute SiC product from polyvinylsilane with radiation curing, 2; Ceramization process of radiation cured polyvinylsilane

出崎 亮; 杉本 雅樹; 吉川 正人; 田中 茂; 成澤 雅紀*; 岡村 清人*; 伊藤 正義*

Journal of Materials Science, 42(1), p.130 - 135, 2007/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:10.8(Materials Science, Multidisciplinary)

われわれは、液体のケイ素系ポリマーであるポリビニルシラン(PVS)から$$gamma$$線架橋を利用してSiC微小成型体を作製している。得られるSiC微小成型体の特性と焼成条件の間には密接な関係があるので、PVSのセラミックス化過程を調べ、最適な焼成条件を見いだすことが重要である。本報では、室温で$$gamma$$線架橋されたPVSのセラミックス化過程をガス分析,熱重量分析,密度変化等の面から調べた。$$gamma$$線架橋PVSのセラミックス化は500K以上の温度で始まり、700-1100Kの温度域で急激な有機-無機変成が起こることが明らかになった。質量変化と密度変化の結果から、放射線架橋、及びその後の焼成過程におけるPVSの体積収縮率が80%であることを明らかにした。1573Kでの焼成によって得られたSiCについて、密度が2.50g/cm$$^{3}$$、微小ビッカース硬さが31.6GPaであった。

論文

Improvement of chemical stability of polymer electrolyte fuel cell membranes by grafting of new substituted styrene monomers into ETFE films

Chen, J.; 浅野 雅春; 八巻 徹也; 吉田 勝

Journal of Materials Science, 41(4), p.1289 - 1292, 2006/02

 被引用回数:19 パーセンタイル:56.71(Materials Science, Multidisciplinary)

電解質膜の耐久性を向上させるために、スチレンに代わるモノマーとして、スチレンの誘導体であるメチルスチレン(MeSt)及びt-ブチルスチレン(tBuSt)さらに架橋剤として、高密度の架橋構造の付与が期待できるジビニルベンゼン(DVB)を組合せた新規な電解質膜を放射線グラフト重合法により合成した。このようにして得た36%のグラフト率を持つ電解質膜は、ゴア膜に比べて高いプロトン導電性を持つことがわかった。また、膜の安定性は、スチレン/DVB膜に比べて3倍向上した。

論文

Synthesis of a minute SiC product from polyvinylsilane with radiation curing, 1; Radiation curing of polyvinylsilane

出崎 亮; 杉本 雅樹; 田中 茂; 成澤 雅紀*; 岡村 清人*; 伊藤 正義*

Journal of Materials Science, 39(18), p.5689 - 5694, 2004/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:29.02(Materials Science, Multidisciplinary)

液体のケイ素系ポリマーであるポリビニルシラン(PVS)について$$gamma$$線照射効果を調べ、放射線架橋を利用してSiC微小成型体を作製するための最適な架橋条件を検討した。照射温度として室温と液体窒素温度(77K)を検討した。両者の場合において、真空中、$$gamma$$線を3-4MGy以上照射することにより、室温で固体状であり、かつ成型された形状を維持したままPVSを架橋させることが可能であることを明らかにした。室温での照射の方がPVSの架橋効率が高いことを明らかにした。型枠に注入したPVSに真空中、室温で$$gamma$$線を3.6MGy照射し、その後Ar中1273Kで焼成することにより、型枠と相似形であり、30-60$$mu$$mの大きさのSiC微小成型体を得ることができた。

論文

Interfacial properties of a direct bonded Nd-doped YVO$$_{4}$$ and YVO$$_{4}$$ single crystal

杉山 僚; 奈良 康永; 和田 謙吾*; 福山 裕康

Journal of Materials Science; Materials in Electronics, 15(9), p.607 - 612, 2004/09

Nd:YVO$$_{4}$$レーザー結晶に放熱板として作用するYVO$$_{4}$$母結晶の接合を試みた。接合面の処理法にはこれまでの化学処理に代わる新たなドライエッチング処理を研磨後の結晶表面に適用した。接合のための熱処理プロセスにおいて、析出物の抑制には873Kの熱処理が必要であった。3$$times$$3mmの接合面を評価するために光学散乱測定及び波面歪み測定を行った。この結果、接合面での光学散乱密度は4.6$$times$$10$$^{6}$$/cm$$^{3}$$以下であり、また光学歪みは633nmにおいて0.04波長程度と推測された。さらに拡大観察試験では、接合界面においても結晶内部と同様に原子が規則正しく整列した状態を確認した。また、YVO$$_{4}$$結晶中のNd$$^{3+}$$イオンの拡散定数は873Kにおいて2.3$$times$$10$$^{-23}$$m$$^{2}$$/secと推測された。

論文

The Toughness of free-standing CVD diamond

Davies, A. R.*; Field, J. E.*; 高橋 幸司; 羽田 一彦

Journal of Materials Science, 39(5), p.1571 - 1574, 2004/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:29.02(Materials Science, Multidisciplinary)

人工ダイヤモンドは工作機器や半導体等、さまざまな分野に応用される。核融合分野では高周波加熱装置の真空窓材として、化学気相成長(CVD)法で合成する人工ダイヤモンド使用する。その真空窓は、高周波パワーを通すだけでなく、真空容器に内包されるトリチウムや放射性物質を閉じ込める境界の役割を担うことから、安全性及び構造健全性を示す必要がある。そのための強度評価を行う必要があるが、その一環として、メカニカルグレードと光学グレードのCVDダイヤモンドの4点曲げ強度試験を行い、破壊じん性を調べた。その結果、それぞれの破壊靭性値(K$$_{1C}$$)は8.5$$pm$$1.0及び8.3$$pm$$0.4MPa ($$sqrt{m}$$)であることを明かにした。これは、以前に得られた天然ダイヤのK$$_{1C}$$, 3.4$$pm$$0.5MPa($$sqrt{m}$$)より高い。

論文

Fabrication and characterization of C-doped anatase TiO$$_{2}$$ photocatalysts

Choi, Y.; 梅林 励; 吉川 正人

Journal of Materials Science, 39(5), p.1837 - 1839, 2004/03

 被引用回数:215 パーセンタイル:98.07(Materials Science, Multidisciplinary)

炭素ドープアナターゼ二酸化チタン(TiO$$_{2}$$)光触媒は粉末TiCを高温酸化(処理条件:623K, 50-100時間)することによって作製された。XRDとXPS分析によって、炭素はTiO$$_{2}$$格子中の酸素と置換されていることがわかった。DRS測定によって、炭素ドープアナターゼTiO$$_{2}$$の光吸収は純粋なアナターゼTiO$$_{2}$$に比べて低エネルギー側へシフトしていることが示された。炭素ドープ試料上に吸着したメチレンブルー色素の分解が420-500nmの可視領域下で観察された。この結果はTiO$$_{2}$$中の酸素が炭素と置換することによって可視光下で色素の分解を促進したと結論付けた。

論文

Fabrication of TiO$$_{2}$$ photocatalysts by oxidative annealing of TiC

Choi, Y.; 梅林 励; 山本 春也; 田中 茂

Journal of Materials Science Letters, 22(17), p.1209 - 1211, 2003/09

 被引用回数:45 パーセンタイル:79.28(Materials Science, Multidisciplinary)

粉末炭化チタンを酸化雰囲気で焼成することによって光触媒能の高い二酸化チタンを作製した。350$$^{circ}C$$にて炭化チタンを焼成するとアナターゼ型二酸化チタンが、800$$^{circ}C$$ではルチル型二酸化チタンが優先的に生成された。炭化チタンの高温酸化によって作製したアナターゼ型二酸化チタン粉末(1g)と市販されているアナターゼ型二酸化チタン粉末(1g)を用いて紫外光照射下での水の分解量を指標として光触媒能を測定した結果、前者の方が光触媒能が約2倍程度高いことがわかった。これはアナターゼ型二酸化チタンに残留する炭素の影響であると示唆された。

論文

Improved cooling performance of ytterbium-doped glass combined with sapphire

西村 昭彦; 杉山 僚; 宇佐美 力; 大原 和夫*

Journal of Materials Science; Materials in Electronics, 14(1), p.1 - 3, 2003/01

超高出力レーザー媒質候補としてのイッテルビウムガラス材料の性能向上について報告する。高濃度にイッテルビウム3価イオンを含有させたレーザーガラスを製作し、その線膨張係数をサファイヤに一致させた。強励起され発熱するイッテルビウムガラスの表面に熱除去のためのサファイヤ板を密着させた。間隙には1-ブロモナフタレンを充填することで、界面からの反射損失の低減と熱伝達の改善に成功した。集光強度20kW/cm$$^{2}$$の励起実験を行い、冷却特性の改善の確認及び界面の損傷が生じないことを確認した。イッテルビウムガラスとサファイヤの複合化により超高出力レーザーシステムの繰り返し動作の向上が可能である。

論文

High-quality epitaxial TiO$$_{2}$$ thin films grown on $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ substrates by pulsed laser deposition

篠原 竜児*; 八巻 徹也; 山本 春也; 伊藤 久義; 浅井 圭介*

Journal of Materials Science Letters, 21(12), p.967 - 969, 2002/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:38.24(Materials Science, Multidisciplinary)

レーザアブレーション法によりエピタキシャル酸化チタン(TiO$$_{2}$$)薄膜を$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$上に作製し、その結晶構造の評価と表面形態の観察を行った。実験では、酸素雰囲気中でTiO$$_{2}$$焼結体ターゲットをKrFエキシマーレーザでアブレーションし、室温から600$$^{circ}$$Cに加熱した$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(0001)及び(10$$bar{1}$$0)基板(それぞれC, M面)上に薄膜を堆積した。X線回折分析により、成長させた薄膜と基板面とのエピタキシャル関係を明らかにした。また、基板温度の上昇とともにロッキングカーブの半値幅は小さくなり、600$$^{circ}$$CのときにはC面上で0.0265$$^{circ}$$、M面上で0.2416$$^{circ}$$となった。これらの値は、他の方法により作製した薄膜と比べて一桁ほど小さく、極めて良質な薄膜であることがわかった。原子間力顕微鏡による観察では、各基板上に表面形態の異なる薄膜が成長していることを確認した。

論文

Fine SiC fiber synthesized from organosilicon polymers; Relationship between spinning temperature and melt viscosity of precursor polymers

出崎 亮; 成澤 雅紀*; 岡村 清人*; 杉本 雅樹; 田中 茂; 森田 洋右; 瀬口 忠男; 伊藤 正義*

Journal of Materials Science, 36(23), p.5565 - 5569, 2001/12

 被引用回数:36 パーセンタイル:77.69(Materials Science, Multidisciplinary)

ポリカルボシラン(PCS)とポリビニルシラン(PVS)のポリマーブレンドから、繊維径が市販品の約1/2の非常に細い炭化ケイ素(SiC)繊維を合成した。この細いSiC繊維は、ポリマーブレンドの組成、及び紡糸温度を最適化することによって得られる。これらの条件を最適化するため、ポリマーブレンドの温度と溶融粘度の関係を調べた。その結果、最適な紡糸温度範囲は溶融粘度が5-10Pa・sとなる温度範囲であることを明らかにした。さらに、PVSをPCSにブレンドすることにより、PCSのみの場合よりも低い温度で溶融紡糸が可能になり、また、ポリマー系の紡糸性が改善されてより細いポリマー繊維を得ることができた。PVSの最適なブレンド量は15-20wt%であった。

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