抖阴旅行射

【本学研究者情报】

〇材料科学高等研究所　教授　几原雄一

【発表のポイント】

• 原子分解能电子顕微镜法により、结晶粒界における拡散最前线の原子构造の直接観察に成功した。
• 粒界を拡散する原子が、结晶粒界の原子构造を変化させながら拡散することを初めて明らかにした。
• 电子顕微镜法と理论计算による原子レベルでの拡散机构の理解に基づき、効率的で高性能な多结晶体材料の开発に繋がることが期待される。

【概要】

東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構の幾原 雄一 東京大学特別教授（兼：东北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）教授）、柴田 直哉 教授、フウ ビン 特任准教授、二塚 俊洋 特任研究員らのグループは、原子分解能電子顕微鏡法（注1）と理论计算（シミュレーション、注2）を駆使することにより、原子が结晶粒界（注3）を拡散（注4）する际の新しいメカニズムを明らかにしました。

セラミックスを焼结する际には、さまざまな元素を添加することで、焼结の促进や、微细构造の制御が行われています。焼结の进行に伴い、添加元素が粒界を拡散することは知られていますが、これらの元素が粒界中のどの原子位置を通って拡散するのかについては、これまで明らかにされていませんでした。

本研究では、チタン（Ti）を添加したアルミナ（α-础濒?翱?）の结晶粒界を対象に、原子分解能走査透过型电子顕微镜（STEM、注5）と、エネルギー分散X线分光法（EDX、注6）による原子分解能组成分析を组み合わせ、Ti原子が粒界を拡散する际にどのような原子位置を通过するのか、さらに拡散先端における粒界の原子构造がどのように変化するのかを解明することに成功しました。

解析の対象としたアルミナ粒界は非対称な原子构造を有していましたが、Tiが粒界を拡散し、その浓度が増加すると、粒界构造が対称构造へと変化することを见いだしました。この结果は、Tiの粒界拡散に伴って粒界构造が変化する「粒界相変态」が生じることを示しており、第一原理计算によってもその合理性が里付けられました。

これらの成果は、セラミックスにおける最适な焼结条件の设定や、形成される微细构造の予测に新たな知见を与えるものであり、今后の材料设计に重要な指针を提供します。なお、本研究成果は2025年11月7日（英国时间）に、英国科学誌「Nature Communications」のオンライン版に掲载されました。

【用语解説】

（注1）原子分解能电子顕微镜法
0.1苍尘以下に収束した电子线で试料上を走査し、透过?散乱した电子线の强度分布から原子配列を直接観察する手法。现在の空间分解能は0.04苍尘にまで达しており、材料内部の结晶粒界などの原子构造を直接観察できる。

（注2）理论计算（シミュレーション）
コンピューターを用いて材料の性质を予测する计算手法。

（注3）结晶粒界
多结晶体の结晶粒子间に形成される界面。微细な结晶粒により构成される多结晶体中には多数の结晶粒界が存在する。

（注4）拡散
固体中の原子が浓度勾配に従って移动する现象。

（注5）走査透过型电子顕微镜（厂罢贰惭）
电子线を1苍尘以下に収束し、试料上を収束した电子线で走査することにより、试料を透过?散乱した电子线の强度分布を用いて结像する方法。特に、0.1苍尘以下に収束した电子线を用いる场合、原子像が直接観察できるので、本报では原子分解能电子顕微镜法（注1参照）と呼んでいる。

【论文情报】

雑誌名：Nature Communications
題　名：Two-step grain boundary diffusion mechanism of a dopant accompanied by structural transformation
著者名：Chuchu Yang, Bin Feng*, Toshihiro Futazuka, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara*
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学材料科学高等研究所
教授　　几原　雄一
TEL: 022-217-5929
Email: yuichi.ikuhara.b3*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学材料科学高等研究所
広报戦略室
TEL: 022-217-6146
Email: aimr-outreach*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）