第三部「応用セラミックス研究所教員総説論文」

�
������������������
–�������–�
Chemical Design for Novel Perovskite-type Oxides–Beyond the Phenomelogical Theory��� ������� ���
Mitsuru Itoh1 and Tôru Kyômen2��������������������

Last a decade, new materials of the perovskite-type oxides have been found out by the members of our group. Super
ionic conductors, ferroelectric materials, and magnetic and electronic conducting materials have been found and theirproperties and structure relationships were reported.

Key Words : perovskite, ferroelectrics, ferromagnetism, electronic conductor, lithium ion conductor������

������������������������� ���������������������������������

�������������������������

�������� ��������������������

������������������������ ������

������������������� ���������

������ ����� ������������ ������������

��������� ������������������ �������������������������������

��������������������������

����������������� ������ �� ������������� ��������������������

����������������� ��� � �����������

�����������������������

���������������������������� �������������� �������������� � ���������������������������������

����������� ����� ������������

���������������������������

������������� ��������������

���������������������������������� �������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������� ��������������������������������� ��������������������������������

���������������������� �������

������� �����������������������

������������������������� ���������������� ������� ��������������

����������� ��������� ���������

������������������������� �������� ������� ����������������

���� �� ��� ������������� ����������

������� ����� �����������������

�������������� ��������������

������������������������ ������������������������������

�������������������������

������ ��������������������

����������������������

�������������������������� � � � � � ���� � ��� ������������� ���������� ����������� ��������������

������� ��������������������������

�����������������������������

��������������������������

������������ ���������������

��������������������������

������������������� ���������

������������������� �����������

��������������������������

32���������������������

���������������������������

������������������ ��������
������������ ������������ ������������������������������
���������������������������
������������������������������
������������������� ��������
����������������������������
������ ���������������������
����, ��, ���������.

�
�
����
������������ ��������������������������
������� ������������� 3d, 4d, 5d������� s����Sn, Tl, Pb, Bi�������������
������������� ������������ Sr2RuO4
����������Tc = 1.6 K��������������3)������ �����������������

Ba1-xSrxPbO3-�
A(Pb1-xBx)O3-�
(A=Ba,Sr,B=Sb,Bi)
BaSn1-xSbxO3
Ba1-xLaxSnO3
BaTl1-xPbxO3-�
Ba1+xBi1-xOy(0�x�0.5,
3.0�y�2.75)

2+2+���� Mn �������Zn �Mg ���������� (�cm)4+�������������������������

������Sr2FeMoO6��������������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� � �� �

M/H (emu/mol)����� ������1:1���������������

Pr0.5Ca0.5CoO3������������������������

�
�
�
�

�
�

5

6,7

8
9

����
�
�������
�������
�������
�������

10,11
12

����

15

�������
����

16

13
14

17

(a)

0.1

50

0
0

5
10
T (K)

10

(b)

-1

CoolingHeating

10-2

(c)

0.10

200

CoolingHeating

�Pr

0.05

150
100
50
0
0

100 200 300
T (K)0a, b/ 2, c (Å)

��������� Co ���������������
������������������

�������

214

(d)
5.30

212

a
b/ 2
c
Volume

5.25
0

50

100
T (K)

150

210

Unit cell volume (Å3)

3+

4

0T
9T

0.3
0.2

10-3
0.15

����������������� ���������� ������ ����������������������

�������

0100���������������B��������������
���������������� K2NiF4��2�����

100

2

Cp (J/K/mol)� �������������������������

Cp/T (J/K /mol)

0.4�������������������������

����������
�����������
�������
������

Srn+1RunO3n+1(n=1,2,�)La1-xAxRhO3(A=Ca,Sr,Ba)
Sr2RhO4
Sr2-xLaxRhO4����������� �����������������

����������������

���

-1

������������� �������������� �

����
CaTiO3-�
Ca3Ti2O3-�
Ca4Ti3O10-��
La2/3+xTiO3-��(x<0.2)SrVO3
Sr2VO4Sr3V2O7
Sr4V3O7�

(M/H - �Pr) (mol/emu)�������������������������

200������������������
������������������ ���� ������� � � � ������ ������ ������ ��������

33

伊藤���������������������� ������������� ���������������

��������������������

�

�
���
K2NiF4��
1:1�����
������
�����,
������
���������

���

A2(FeMo)O6-�
(Ca,Sr,Ba)
Sr(Li1/4Ru3/4)O3
Sr(Na1/4Ru3/4)O3
�����(Sr1/2La1/2)(Mg1/4Ru3/4)O3(Sr7/8La1/8)(Mg1/4Ru3/4)O3�
Ba(Na1/4Ru3/4)O3
8H���,�
������
Ba3Cr2MO9
6H���,(M=Mo,W)
2���(Mo)�
6H�����
����(W)��
Sr2-xAxIrO4
�����(A=Ca and Ba)����������
NaLnTiO4
Ln1/2Li1/2TiO3(Ln=La~Sm)
La0.55Li0.35-xKxTiO3
La0.55Li0.35TiO3KMO3(M=Nb,Ta)LiTaO3-SrTiO3

18
19
20
21

���
Na ������
Li ������

���
26

Li ������

29

Li ������

30

27,28

�
22

8

23

18

S rTi O

25

�

3

6

24

� ' (10 4 )����
SrLaZn0.5Mn0.5O4
SrLaMg0.5Mn0.5O4�
Sr2FeBiO6
Pr0.5Ca0.5CoO3

�
�

4

16

S rTi O

3

2

0

1

10
T (K)

100
�

�
������������ � �������� �����������

����������������������������
��������������������� Li+�����
���������������������������
���� (1)����������� (2)������������� (3)��������� (4)������ (5)�������� �����
���������Li+����������������
����������

���������������� ��������������

������������ ����������������������������
����La1/2Li1/2TiO3��� ������������Li+���������������� �����������
34

������������ ���������������� ������������
�����������������LaAlO3-SrTiO3��
��������������������, ���9GHz��������Q = 6900,� ���34�������.

���������������������������

����������� ����������������

�, ��������������. ����������

������������ ���������������

������������������������,����������

�

�
���
��������������������� ������������������������������
SrLaScO4
SrLa2Sc2O7(1-x)La2/3TiO3xCaTiO3
Ln1/2Na1/2TiO3(Ln=La~Lu)(1-x)LaAlO3-xSrTiO3
A(Sc1/2M1/2)O3(A=Ca,Sr,M=Nb,Ta)
SrTi18O3��������������
����������
������
���
�����
�����

���
32
33
34,35,
3637
38
39

��������������, ����������
�������������SrTiO3 �KTaO3 ������
�. ������������(Ln, Na)TiO3�������.
��������, ���������������, ��18��������������SrTi O3��������
�.� ��������������. �������, ����������������������, ���
Yamada���31)����, ��������, �������������������������������
������������, ���������, ����������������������. �� �������, ��������������
������������������, ���������. ��������� ��������������������������
���� ����������������������
����� ������� ���������������
�������� ���������� ����������
��������������������������
���� ��������������� ���������
���������� ����������� ���������
��������������������������� ���������������� ������������
��������������� ����� ����������
��������������������������
������������������������������
�������������������� �������

�������������������������
�������. ��������������������
�, �����������������������.������1) Nakamura, T.: Paramagnetic and semiconductivity in a
triclinic perovskite BaBiO3, J. Phys. Soc. Jpn., Vol.31, p.
1284, 1971.
2) ����� ���.
3) Maeno, Y., Hashimoto, H., Yoshida, K., Nishizaki, S., Fujita,T., Bednorz, J. G. and Lichtenberg, F.: Superconductivity
in a layered perovskite without copper, Nature, vol.372, No.
6506, pp. 532-534, 1994.
4) Kim, I-S., Itoh, M. and Nakamura, T.: Electrical
Conductivity and Metal-Nonmetal Transition in PerovskiteRelated Layered System Can+1TinO3n+1-� (n=2,3 and �), J.
Solid State Chem., vol.101, No.1, pp. 77-86 , 1992.
5) Kim, I-S., Nakamura, T., Inaguma, Y. and Itoh, M.:
Electronic Transport Phenomena of La2/3+xTiO3-�(x<0.2):
Metal-Nonmetal Transition by Electron Doping, J. Solid
State Chem., vol.113, pp. 281-288, 1994.
6) Itoh, M., Shikano, M., Liang, R., Kawaji, H. and Nakamura,T.: Synthesis and Properties of a New d1 Compound
Sr4V3O9.8 with Layered Structure, J. Solid State Chem.,
vol.88, No.2, pp. 597-600, 1990.
7) Itoh, M., Shikano, M., Kawaji, H. and Nakamura, T.:
Structural Aspects on the Variations of Electric andMagnetic Properties of the Layered Compound System
Srn+1VnO3n+1-�(n=1,2,3,�), Solid State Commun., vol.80,
No.8, pp. 545-548, 1991.
8) Itoh, M., Shikano, M. and Shimura, T.: High- and Low-spin
Transition in Perovskite-related Layered System Srn+1Run
O3n+1 (n=1,2,�) with the Change in n, Phys. Rev. B, vol.51,
No.22, pp. 16432-16435, 1995.
9) Nakamura, T., Shimura, T., Itoh, M. and Takeda, Y.:
Magnetic and Electric Properties of La1-xMxRhO3 (M=Ca,Sr,
and Ba): Hole Doping in 4d� Orbitals of Rh3+ With Low
Spin Configuration, J.Solid State Chem., vol.103, No.2, pp.
523-527, 1993.
10) Shimura, T., Itoh, M. and Nakamura, T.: Novel TwoDimensional Conductor Sr2RhO4, J. Solid State Chem.,
vol.98, No.2, pp. 198-200, 1992.
11) Itoh, M., Shimura, T. and Morii, Y.: Structure of Twodimensional Conductor Sr2RhO4, J. Solid State Chem.,
vol.118, pp. 206-209, 1995.
12) Shimura. T., Itoh, M., Inaguma, Y. and Nakamura, T.:
Preparation and Electrinic Properties of Sr2-xLaxRhO4, Phys.
Rev. B, vol.49, No.8, pp. 5591-5598, 1994.
13) Itoh, M., Sawada, T., Kim, I-S., Inaguma, Y. andNakamura, T.: Composition Dependence of Carrier
35�
Concentration and Conductivity in (Ba1-xSrx)PbO3-�System,
Solid State Commun., vol.83, No.1, pp. 33-36, 1992.
14) Itoh, M., Sawada, T., Kim, I-S., Inaguma, Y. andNakamura, T.: Electrical Properties of A(Pb1-xBx)O3�(A=Ba,Sr, B=Sb,Bi) System, Physica C, vol.204, pp. 194202, 1992.
15) Huang, T., Nakamura, T., Itoh, M., Inaguma, Y. andIshiyama, O.: Electrical Properties of BaSnO3 in
Substitution of Antimony for Tin and Lanthanum for
Barium, J. Mater. Sci., vol.30, pp. 1556-1560, 1995.
16) Itoh, M. and Nakamura, T.: Synthesis and Properties ofBa(Tl1-xMx)O3-�(M=Bi,Pb) with Perovskite Structure,
Report of Research Laboratory of Engineering Materials,
T.I.T., No.17, pp. 117-125, 1992.
17) Itoh, M., Sawada, T., Liang, R., Kawaji, H. and Nakamura,T.: Oxygen-Deficient and Ordered Perovskite-Type SolidSolution System Ba1+xBi1-xOy (0�x�0.5, 3.00�y�2.75), J.
Solid State Chem., vol.87, No.2, pp. 245-249, 1990.
18) Byeon, S-H., Kim, I-S., Itoh, M. and Nakamura, T.:
Structural Study on New Ordered K2NiF4-type Oxides,
SrLaMg0.5Mn0.5O4 and SrLaZn0.5Mn0.5O4, Mater. Res. Bull.,
vol.28, No.6, pp. 597-603, 1993.
19) Byeon, S-H., Nakamura, T., Itoh, M. and Matsuo, M.: A
New Fe(III) Perovskite Antiferromagnetically Ordered via
Superexchange Interaction at Fairly High Temperature(TN=91K), Mater. Res. Bull., vol.27, No.9, pp. 1065-1072,
1992.
20) Tsubouchi, S., Kyomen, T., Itoh, M., Ganguly, P., Oguni,
M., Shimojo, Y., Morii, Y. and Ishii, Y.: Simultaneous
Metal-Insulator
andSpin-State
Transitions
inPr0.5Ca0.5CoO3, Phys. Rev. B, vol.66, pp. 052418 1-4, 2002.
21) Itoh, M., Ohta, I. and Inaguma, Y.: Valency Pair andProperties of 1:1 Ordered Perovskite-type Compounds
Sr2MMoO6 (M=Mn,Fe,Co), Mat. Sci. & Eng. B, vol.41, pp.
55-58, 1996.
22) Kim, I-S., Nakamura, T., Itoh, M. and Inaguma, Y.:
Preparation and Characterization of New Ruthenium
Perovskite Compounds, Mater. Res. Bull., vol.28, No.10,
pp. 1029-1039, 1993.
23) Kim, I-S., Nakamura, T. and Itoh, M.: Magnetic Propertiesof 8H-type Hexagonal Ba(Na1/4Ru3/4)O3, Bull. Chem. Soc.
Jpn., vol.71, No.9, pp. 2247-2251, 1998.
24) Shikano, M., Ishiyama, O., Inaguma, Y., Nakamura, T. and
Itoh, M.: Structure and Magnetic Properties of 6-Layered
Hexagonal Oxides Ba3Cr2MO9(M=Mo, and W), J. Solid
State Chem., vol.120, No.2, pp. 238-243, 1995.
25) Shimura, T., Inaguma, Y., Nakamura, T., Itoh, M. andMorii, Y.: Structure and Magnetic Properties of Sr2-xAxIrO4(A=Ca and Ba), Phys. Rev. B, vol.52, pp. 9143-9146, 1995.
26) Byeon, S-H., Park, K. and Itoh, M.: Structure and Ionic
Conductivity of NaLnTiO4; Comparison with those of
Na2Ln2Ti3O10 (Ln=La, Nd, Sm, and Gd), J. Solid State
Chem., vol.121, No.2, pp. 430-436, 1996.
27) Inaguma, Y., Liquan, C., Itoh, M., Nakamura, T., Uchida,

�
�

36

T., Ikuta, H. and Wakihara, M.: High Ionic Conductivity in
Lithium Lanthanum Titanate, Solid State Commun., vol.86,
No.10, pp. 689-693, 1993.
28) Itoh, M., Inaguma, Y., Jung, W-H., Chen, L. and Nakamura,T.: High Lithium Ion Conductivity in (Ln1/2Li1/2)TiO3(Ln=La,Pr,Nd,Sm), Solid State Ionics, vol.70/71, pp. 203207, 1994.
29) Katsumata, T., Matsui, Y., Inaguma, Y. and Itoh, M.:
Influence of Site Percolation and Local Distortion on
Lithium Ion Conductivity in Perovskite-type Oxides
La0.55Li0.35-xKxTiO3 and La0.55Li0.35TiO3-KMO3(M=Nb andTa), Solid State Ionics, vol.86-88, pp. 165-169, 1996.
30) Inaguma, Y., Matsui, Y., Shan, Y-J., Itoh, M. andNakamura, T.: Lithium Ion Conductivity in Perovskite-type
LiTaO3-SrTiO3 Solid Solution System, Solid State Ionics,
vol.79, pp. 91-97, 1995.
31) Yamada, Y., Todoroki, N. and Miyashita, S.: Theory offerroelectric phase transition in SrTiO3 induced by isotope
rerplacement, Phys. Rev. B, vol.69, No.2, pp. 024103 1-8,
2004.
32) Kim, I-S., Kawaji, H., Itoh, M. and Nakamura, T.:
Structural and Dielectric Studies of the New Series ofLayered Compounds of SrLaScO4 and SrLa2Sc2O7, Mater.
Res. Bull., vol.27, No.10, pp. 1193-1203, 1992.
33) Kim, I-S., Jung, W-H., Inaguma, Y., Nakamura, T. and Itoh,M.: Dielectric Properties of A-Site Deficient PerovskiteType Lanthanum-Calcium-Titanium Oxide Solid Solution
System [(1-x)La3/2TiO3-xCaTiO3 (0.1�x�0.96)], Mater. Res.
Bull., vol.30, No.3, pp. 307-316, 1995.
34) Inaguma, Y., Sohn, J-H., Kim, I-S., Itoh, M. and Nakamura,T.: Quantum Paraelectricity in a Perovskite La1/2Na1/2TiO3,
J. Phys. Soc. Jpn., vol.61, No.10, pp. 3831-3832, 1992.
35) Sun, P-H., Nakamura, T., Shan, Y-J., Inaguma, Y. and Itoh,M.: High Temperature Quantum Paraelectricity in
Perovskite-type Titanates Ln1/2Na1/2TiO3 (Ln=La,Pr,Nd,
Sm, Eu, Gd and Tb), Ferroelectrics, vol.200, pp. 93-107,
1997.
36) Shan, Y-J., Nakamura, T., Inaguma, Y. and Itoh, M.:
Preparation and Dielectric Characterizations of the Novel
Perovskite-type
Oxides(Ln1/2Na1/2)TiO3(Ln=Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu), Solid State Ionics, vol.108,
No.1-4, pp. 123-128, 1998.
37) Sun, P-H., Nakamura, T., Shan, Y-J., Inaguma, Y., Itoh, M.
and Kitamura, T.: Dielectric Behavior of (1-x)LaAlO3xSrTiO3 Solid Solution System at Microwave Frequencies,
Jpn. J. Appl. Phys., vol.37, No.10, pp. 5625-5629, 1998.
38) Shan, Y-J., Ozeki, A., Nakamura, T. and Itoh, M.: Crystal
Structures and Dielectric Properties of Novel Ordered
Perovskite Oxides A(Sc1/2M1/2)O3(A=Ca, Sr, N=Nb, Ta),
Ferroelectrics, vol.264, pp. 175-180, 2001.
39) Itoh, M., Wang, R., Inaguma, Y., Yamaguchi, T., Shan, Y-J.
and Nakamura, T.: Ferroelectricity Induced by Oxygen
Isotope Exchange in Strontium Titanate Perovskite, Phys.
Rev. Lett., vol.82, No.17, pp. 3540-3543, 1999.

���������������
����������������
Combinatorial Technology

鯉沼- A Key to Open the New World of Material Research ������� ������� ������� ������
��������������������������������������������������������������
������������� ���� � ������������ ������� ��������� �����
������������������ ���� ��������������� �������� �������������������� �������
�
Throughout history, scientists and engineers have relied on the slow and serendipitous trial-and-error process fordiscovering and developing new materials. In contrast, an emerging theme in modern materials science is the notion of
intelligent design of materials. Pioneered by the pharmaceutical industry and adapted for the purposes of materials
science and engineering, the combinatorial approach represents a watershed in the process of accelerated discovery,
development and optimization of materials. To survey large compositional landscapes rapidly, thousands ofcompositionally varying samples may be synthesized, processed and screened in a single experiment. Recent
developments have been aided by innovative rapid characterization tools, and by advanced materials synthesis
techniques such as laser molecular beam epitaxy which can be used to perform parallel-processed design and control ofmaterials down to the atomic scale. Here we review the fast-growing field of combinatorial materials science, with anemphasis on inorganic functional materials.

Key Words: Combinatorial technology, Materials Science, Pulsed laser deposition�������

����������������������������

�������������������������

����������������������������

����������������������������

����������������������������� � ��������� �� ���� �� �� �����

��������������������������� �� � �� � ���� � ��� � � � �� � ���������� ����������������������� � � � � �� � �� � �� � �����������

�����������������������������

���������������������������

������������������������������� � ��������� � �� � �� � ��������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

����������������������������

��������������������������

������������������������

������������������ � �������

�������������������������

���������������������������

������������������������������ ��� ����� � ��������� ������� � ���������� � �� ����������� ������������������������������ � ������� �� �� � ��� �� � �����

��������������������������

���������������������������

����������������������������

��

�

37

��������������������������

����������������������������

���������������������������

����������

���������������

�����������������

��������������

���� ���� ����� ���������������������

���� ������ �����������������

���������������������������

�����������������������������

��������������������������

���������������������������

������������ �������������

����������������������������

���������������������

�����������������������������

������� ������ �����������

���������������������������

������� ���������� ���������������

������������������������������

��������������������������

����������������������������

������������� ��������������� �����������������������������

�����������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������� � � ������� � ��������

�������������������������������

���������

������������ � ���������� � � � ��������������������������

����������������������������� ��� �������� ���� � � �� � �����

��������������������������

���������� ���������������������

��������������������������

���������������������������� � � � � � � � � � ���� � ������ �������� �����������

����������������������������

��������� ��� ��� ��� �� � ��� ��� ��������������� ���������� �������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

����������������������������

������������������������������

����������������������������

�������������������������

������������������������������ �� ������������������� ����� ���������� ���� �����������������������������

��38

�

������������������ ������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

������

��������������������������

�P � f � R, t , T , p, E , M, etc ������������������������������

�������������������������

��������������������������

���������� ��� � �� �� �� ���� ����������������������������

��������������������������

����� �� � ������������� � ������������������������������

��������������������������

������������������������������ �� �������� ��� ������� ����������������������������

���������������������������

���������

�������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������

��������������������������

�������� � �� � ��������������

���������������������������

����������������������������

������� ������ ����� ��������

������� � � � � � � � � � � � � � � � � � ����� � � � � ���������������������������

������� �����������������������

��������������������������

��������������������������

���� � ����� ��� � � �� ����������� � �������������������� � � �������������������������������

��������������������

���������������������������

������������������������

������ ��� �� � ����� � �� �����

����������������������������

��������������������������

���� � ���������� � �� � �������� �� � ���� � �� � � ���������������
��������������������������

����������������������
�����������������������
��������������������������� ���������������������������� � �� � ����� � � �� � �� �� �� � ��������������������������������
��������������������������
����������������������������
����������������������������
����������������������������
����������������������������� � � � �� � �� � �� � �� � � ��������� � � � � � �� � � �������������� ��������������������������������
�����������������������������
���������������� �����������
���������������������������
��������������������������
�����������������������������

��

�

�
� �� � ��������������������� ���������
����������������� �����������

39

�

�
� �� ��������������� ���� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �����������������������������

���������� ����������������������

��������������������� �� ���������� � �� � ������� ������� ������

���������������������� �����

���������������������������

���������

�����������������������������

������������� ������������������

�����������������������������

��������������������������

���������������������������

�����������������������������

��������������������������

������� ����� �������������������� � � ���� � � � �� � � ������� ��� � ������ �����������������������

��������������������������

���������������������������

�����������������������

��������������������������
����������������������������

��������������������

����������������������������� ���������������

���������������������������� � � � � �� � ���� � �� � �������

����������������������� ����� ��������� �������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���� ������������������������

����������������������� ������

���������������������������

������� ��� ������������������

����������������������������

���������� ���� ���������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

��������

���������������������������

���� ��������������

���������������������������
��������������������������

������������� � �����������

���������������������������� ��������������������������

����������������������������

���������������������� � �����

��������������� ����������������

��������������� � ����������

��40

�

�����������������������������

���� �������������

�������������������������

��������������� �������������

�����������������������������

��������������������������

�����������������������������

������ ����������������������� � � ��� � ������� � ���� �����

���������������������������

���������������������������

��������� ��� �����������������

���� � � � �������� � �� ������� ������������� � ����� ���� �� ����������������������������

����������������������������

����������������������������� ��� � ��� �� �������������������

��������������������������

������������� ����� �����������

��������������� ������� � ���� � � �� � � � � � ��� � ����� ����������� ��� � ��� ��� � ��� �� ���� � �� ���������� �� ������ � ������� ����������������������������
����������������������������

���������������������������
��������

�����������

�

�
���

����������������������� �������� ������ �����������������������������

��

�

�

41

�
� � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � �� ��� � � � � �� �� ��� �� � �� � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � �� ��� � � �

�

�
�
�
������������������������������������
�

���
�����

����������
��������������������
������������
��������������
�������������
���������������

��������������������������� ���
������
��������
�����

�����
� ������������ �������������� �� ��������������� �� �������������������� ����������� ����������� ����������� ������������ ��������������������� ���������

���������������

��������������������
���������
��������������
�������� ��������� ���� �������������� ���� ��������������� ������������ ������������������
����������� ������ ��������� ��������������
����������������

���� ���������
����� ���������
��������

������� �������� ������������� ���
���������� ���������������
��� �������������
�� ������������� �� ������ �������� ����� ����� ��������

�

��42

�

�

�
��� ������� ����������� ������ ����� ��������� ������ ����� ����������������������

����������������������������� � �� ����� �� ��� � ������� � �� ��������� �� ������ � �������

������������������ �����������

���������������������������

��������������������������

����������������� ���������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

���� � ������ �������������� ��������������������� ����� ��� ��� � �� � �� �� � �� ��� � ���� � ������������� �������������

��������������� �� ��������������
������������������������ ����������������� ������� ��������� �������

���������������������������

����������� � � ���������������

�������������������� ����������

������������������������� �� ��������

������������������������� ������

���� � � ������������� � � �� � � � ������������

������� ��� ������������������� � � �� � �� ����� � � � � ���������������� �����
�����������������������������
��������������������������
��������������������������

�������������������������������

������� ������������������������������
������������������������� ��� ����������������������

��

�

43

����

�������������������� � �� � ��� � � ���� � �����������
������ ������ �������������

�����
��

������ �������������������
�������������������������

�����������������������������������������������������������
������ ����� ��������������� ���� ����������� �������������
�������� ��� ���������� ���������� ���� ������ ������� �����������

����� ��������� ������ ������� ��� ���������� ��� ���������
��������������� ���������� �������� ���� �������������
���������������������

������������ �����������������
����� ��������

����� �� �������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
���������������������������� � �� �����������������������
��������������������������� � ������ � � � ���������� �����
��������������������������
��������������������������
��������������������������

��������������
������� ����������������������
������������������

������� ����������������������
�������������

���������������������������
�������������������������������
�������

���������������������������
������������������������������������

�����������������������������
�����������������������

����� ��������� ��������� ����������� ������� ������������������ ������������ ������ ������ �������� �����
��������

��������������������������������������������������������
������ ������ ���������� �������� ���� ������������� ��������
��������������������������������������������������

�������������� ��� ��� ���� ������� ���� ��� ���������
��������������� ���������� ���� ����������� ��� �����������
���������� ���������� ������ ���������� ������������� ������������������������������

���������������������������������������������������������
���������������������������������������������

������������������������
���������� � �� � ��� � � � �� � ������������������������������
�����������������������������
����������������������������
�����������������������������
���������������������������
��������������������� � � �����
������ �������������������
���������������������������
�������������������� �������
��������������������
��������� � �� �� � �� � �������
������������������� ����� ����� �������������������������������������
������������� ���� �����������
����� � ������ � ��� � �� � ������
�������� � �� �������������������
��������������������������
�������� � �� ��� ������ ������
���������������������������

������������������������������
���� ������� ����� �������������
������������ �������� ��������
��������������������������
��������������������������
����� ���� ��� ���������� ��� ����������� ��� ���������� �������������� ��� ������� ��� ��������� ���������������
�������������������������������������������������������
����� ������������ ���������� ������ ��������� ���� �������������� ��� ��������� ��� ���������� ��������������� ������������
���������� ��� ���������� ������������ ������� ����������� ������� � �������

�
��44��� ��� ��������� ��� ���������� ��� ��������� ����������
���������� ��� ������������� ��������� ��������� ���� ����������
�������� �� ��� ������ ������ ���� ��� ��������� ������������������� ���������� ������������ ������� �������
���������������������������

���������������������
��������������������Creation of New Functions by Controlling and Utilizing
Nanostructures in Transparent Oxides of Abundant Components
細野・神谷������� �������
�������������������������������
���������������� ������

We have concentrated in creating new functions in transparent oxide-based materials by forming or utilizing
nanostructures embedded in the materials. For example, nanostructures naturally formed in semiconductors are
examined in relation to their crystal / microstructures, electronic structures and properties. Four different materials
are discussed, (i) layered oxychalcogenides LnCuOCh (Ln=lanthanide, Ch=chalcogen), (ii) homologous series
layered oxides RMO3(ZnO)m (R=In, Lu etc., M=In, Ga etc., m=integer), (iii) nano-porous crystal 12CaO7·Al2O3(C12A7), and (iv) nanocrystalline silicon. Coexistence of moderately large mobility, intense photoluminescencearising from room-temperature exciton and high-density hole are explained by a natural modulation doping structurein LnCuOCh. Efficient electron field-emission was observed on C12A7:e-. Their applications to field-effecttransistors, resonant-tunneling diodes, field-emission displays, and single-electron tunneling transisotrs are shown.
Fabrication of DFB laser solely by laser pulses and a salt is also demonstrated. Further it is shown that nanostructuralmodification in amorphous network lets intrinsic fundamental optical gap appear, leading to realization of vacuum
UV transmitting modified silica glass and deep UV fibers for power delivery of excimer laser .

Key Words : Natural nanostructure, electronic device, field-effect transistor, field-emission display,
single-electron transistor, oxide semiconductor������

���������������������������

��������������������������

���������������� �������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

�����������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���� ���������������������������

�������������������������������

������������ ����������������

��������������������������

������������������ ����������

��������������������������

�������������������������� �������������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������

��������������������������
��������������������������

����������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

45

�

�
�������������������������

��������������������������
���������������������������
��������������������������
����������������������������

�

(A)

(B)
��������������� ����������������������� � � ����� �������������

�

Absorbance�����������������������������

�������������� ���������������������

0.4 eV

3
2

Single crystals (3 � 3 � 0.3 mm)

1

2.8 eV���������������������������
0�����������������������������
��������������������������
��������� ��������������������
�����������������������������������
��������������������������

Sensitivity (arbitrary units)

300

4Wavelength (nm)
400 500 700 1000 2000

5

4

3
2
1
Photon energy (eV)0��������������� �� ������������������������T (K)������������������������������

0��������������������

-1

�

300

40

20

14

10

log [ � (S cm-1 )]

-2
-3
-4
-5
-6

�

-7

�

-8

��������������� �� ����������������������
��������� ����������������

0

0.02

0.04

0.06 0.08
T -1 (K -1)

0.10

0.12

�

�������������������������

�������������� �� �����������
����������������������������

��������������������������

�

�

�

��� ��������������� �����������

��������������������������

��������������� �����������������

���������������������������������

������������������

������������������������������ ��������������� �������������

���������������������������

�������������������������������

�����������������������������

�������������������������

���������������������������

�
�
�
�
� 46

������
��������������������
������������������������

��������������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
����������������������
�������������������������
���������������������������
����������������������������
���������������������������

����������������������������

�����������������

�����������������������������
�����������������������������

����������������������������

��������������������������

����������������������������

����������������������������

�������������������������

����������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������������

����������������������������

�������������������������������

����������������������������� ��� ��������������������������

��������������������������

�����������������������������

�����������������������

���������������������������

�������������������������
���������������������������

��������������������������
��������������������

���������������������������

(A)

���������������������������

(B)

(C)

(D)

���������������������������
������������������
La-O
Layer

�
�������������������

Cu-Se
Layer

Mg

������������������������

La-O
Layer

Mg

�������������������������

����������������������������

���������������������������

���� ����������������������������� �������
���������������� ����������������

������������������������������

���������

�������������������������

�������

���������������������������� ��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������������

���������������������������

��������������������������������

���������������������������

�����������������������������������

�����������������������������

����������������������������

�����������������������������������

���������������������������

�����������������������������
�������� �����������������������
�����������������������������
����������������������������
�����������

������������������������

������������������
����������� ������� ������ ��� ���� ���� ������ �������������������������������

�
�

47

�
������������������� �����������

�������������������������

��������������������������������

���������������������������

��������������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

��������

��������������

��������������������������

InO2- GaO+(ZnO)5

����������������������������
��������������������������
�������������������������
��������������������������
����������������������

[1120]

�Zn2+ or Ga 3+

In3+

�

��������������������

���������������������������
��������������������������
���������������������������������

0.1nm

0.8
0.6

0.2nm

0.4
0.3nm

0.2
0.0

���

����������������� ����������

10

1.0
Tunnel probability

O2-

0

0.5nm

(A)

1
2
Electron energy / eV

3

Current density (A/cm2 )[0001]

6

10

5

10

4

10

3

10

2

10

1

0.1nm
0.2nm
0.3nm
0.5nm

(B)
0

1
2
Voltage (V)3�������������������������������

�� ���� ���� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �����������������������������������

�������������������������

���������� ������������������

�

5.0

Drain current (mA)(A)

���������� ����������� �����������

(B)

4.0

V GS (V)���� ���� ������������������ ��������

3.0

10

������������������������������ ��

9

2.0
1.0
0

0 �� 5

� 10

�� 15

20

Drain voltage (V)8��������������������� ��������

7
6

���������������������������

������ ���� ��������������������������� �������������
�������������������������

����������������

��������������������������
������������������������������
�������������������������������
��������������������������

����������������� ������ ��������
��������������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������� � � � � � � � � � � � ����� � � � � � ��������������������������������������
���������������������������
������������������������������
��������������������������
����������
���������������������������

�����������������������������
�������������������������
������������
��������������������������������
����������������������� ��������
������ �������������� �� ��������
����������������������������
���������������������������
���������������������������
�����������
�������������������������� ���� ������������������������������

�������������������������� � � � � � � � � � � ������������ � � � � � � ����������������������������

�������������������������������

�������������������������

���� �������������������������
��������������������������

� 48

������������������������ ��������

������������������������������
����������������� ����� ���������
�higher density��������������������������
���������������������������������
��������������������������
����

(A)

0.3
0.2

o

240 C
o

210 C

0.1

o

160 C
0.0

0

200

400

600

800

�
����������

1000���� (�A cm-2)-2
����(�A cm )
�

�
35
30
25
20
15
10
5
0
0

(A)

(B)

(B)

�

���������������������������������������

�����������������������������
500

1000 1500 2000

������ (V)�����������������������������������

�������������������������
��������������������������
��������������������������

���������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������� � � � ������� ���� ����� � � � � � � � �������������� �����������������������
���������������������������
�������������������������������
��������������������������

������� ��������������������������
�������

�������������������������������
����������������������������
����������������������������

������������������������������������

�������������������������

���������������������������

����������������������������
���������������������������

������������������

�

(A)����������������������������
��������������������������

(B)
nc -S i����������������Gate
S o urc e�������� ����������������������
S iO2

������������������������

Gate������������� �� �����������������

120 nm�������� �� ��������������������Si� � � � � � ���������� � � � � � � � � � � � ��������� ��������� �������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������

�

Drain

�
����� ���� ��� ������������������� ��� �����������

�����������������������������

�����������������������������
��������������������������������
����������������������������
���������������������������
�����������������������������
49�
��������������������
40
30

(A)

V =2V

14

275 K

gs

Temp. increases in 25 K steps

12

20

300 K

10

10
0

23 K

-10

IIds
(nA)
(nA)
ds
ds

(nA)
IIdsds(nA)

(B)

-20

8
6
4
2

-30
-40
-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

(V)
VVdsds(V)50 K

050 K to 275 K: 25 K steps
0.1

0.15

V = 20 mV
ds

-2
0

2

4

6

8

V (V)
gs

�

����� ���� ��� ���������� ������� ������� ������� ���������

���������������������������

������ ������������������������������
�����������

���������������������������������
��������������������������
������������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
������������������������������
���������������������������
��������������������������
�������������������������
���������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
�����������������������������
����������� �������������������

���������������������
��������������������������
���������������������������
����������������������������
���������������������������
�����������������������������
�����������������������
�����������������������������
������������������������������
������������������������������ ���������������������������
�������������������������
���������������������������
��������������������������������

����������������

�������� ������������������������������

�������� ����������������������������
���������

������������������� �������������
�����������������������������
���������������� ���� �������������
�����������������������������
����������������������������������
�

� 50

�
��
����������������� ������
����������������������������
�����������������������������
���������������������������
�����

�
�����
1)

������ (a) Hosono, H.: Built-in Nanostructures inTransparent Oxides for Novel Photonic and Elerctronic
Functions Materials, Int .J .Appl .Ceram. Technol. Vol.1,
pp.106-18, 2004; (b) Ohta, H., and Hosono, H.:
Transparent Oxide Optoelectronics, Materials Today,���������������������������������������
�������������������������
���������������������������
���������������������������
����������������������
Vol.33, pp.22-35, 2004.�

2)

Hayashi, K., Hirano, M., Matsuishi, S., and Hosono, H.:
Microporous crystal 12CaO·7Al2O3 encaging abundantO- radicals, J. Amer. Chem. Soc., Vol.124, pp.738-9,2002.

3)

Li, Q., Hayashi, K., Nishioka, M., Kashiwagi, H., Hirano,M., Hosono, H., and Sadakata, M.: Absolute emission
current density of O- from 12CaO·7Al2O3 crystal, Appl.
Phys. Lett., Vol.80, pp.4259-61,2002.

4)

Hayashi, K., Matsuishi, S., Kamiya, T., Hirano, M., andHosono, H.: Light-induced conversion of an insulatingrefractory oxide into a persistent electronic conductor,
Nature Vol.419, pp.462-465, 2002.

5)

Matsuishi, S., Toda, Y., Miyakawa, M., Hayashi, K.,
Kamiya, T., Hirano, M., Tanaka, I., and Hosono, H.: HighDensity Electron Anion in a Nano-porous Single Crystal:[Ca24Al28O64]4+(4e-), Science Vol.301, pp.626-629,
2003.

6)

Sushko, P., Shluger, L., Hayashi, K., Hirano, M., andHosono, H.: Electron Localization and a ConfinedElectron Gas in Nanoporous Inorganic Electrides; Phys.
Rev. Lett., Vol.91, pp.126401-1 – 4 , 2003.

7)

Kamiya, T., Ohta, H., Hiramatsu, H., Hayashi, K.,
Nomura, K., Matsuishi, S., Ueda, K., Hirano, M., andHosono, H.: Natural nanostructures in ionicsemiconductors, Microelectr. Eng. Vol.73-74, pp.620-626,
2004.

8)

9)

Yasin, S., Hasko, D.G., and Ahmed, H.: Fabrication of <5nm width lines in poly(methylmethacrylate) resist using awater:isopropyl alcohol developer and ultrasonicallyassisted development, Appl. Phys. Lett. Vol.78, pp.27602762, 2001.
Kodaira, T., Nozue, Y., Ohwashi, S., Goto, T., andTerasaki, O.: Optical properties of potassium clusters
incorporated into zeolite LTA, Phys. Rev. B Vol.48,
pp.12245-12252, 1993.

10) Hiramatsu, H., Ueda, K., Takafuji, K., Ohta, H., Hirano,M., Kamiya, T., and Hosono, H.: Intrinsic excitonic
photoluminescence and band-gap engineering of wide-gap
p-type oxychalcogenide epitaxial films of LnCuOCh (Ln= La, Pr, and Nd; Ch = S or Se) semiconductor alloys, J.
Appl. Phys. Vol.94, pp.5805-5808, 2003.

�11) Hiramatsu, H., Ueda, K., Ohta, H., Hirano, M., Kamiya,T., and Hosono, H.: Degenerate p-type conductivity inwide-gap LaCuOS1-xSex (x = 0 - 1) epitaxial films, Appl.
Phys. Lett. Vol.82, pp.1048-1050, 2003.
12) Ueda, K., Hiramatsu, H., Ohta, H., Hirano, M., Kamiya,T., and Hosono, H.: Single-atomic-layered quantum wells
built
inwide-gap
semiconductors,
LnCuOCh(Ln=lanthanide, Ch=chalcogen), Phys. Rev. B Vol.69,
pp.155305-1 –4, 2004.
13) Li, C., Bando, Y., Nakamura, M., and Kimizuka, N.:
Relation between In ion ordering and crystal structure
variation in homologous compounds InMO3(ZnO)m (M =Al and In; m = integer), Micron Vol.31, pp.543-550, 2000.
14) Ohta, H., Nomura, K., Orita, M., Hirano, M., Ueda, K.,
Suzuki, T., Ikuhara, Y., and Hosono, H.: Single-crystalline
films of the homologous series InGaO3(ZnO)m grown byreactive solid-phase epitaxy, Adv. Funct. Mater. Vol.13,
pp.139-144, 2003.
15) Nomura, K., Ohta, H., Ueda, K., Kamiya, T., Hirano M.,
and Hosono, H.: Thin film transistor fabricated in singlecrystalline transparent oxide semiconductor, Science
Vol.300, pp.1269-1272, 2003.
16) Toda, Y., Matsuishi, S., Hayashi, K., Ueda, K., Kamiya,T., Hirano, M., and Hosono, H.: Field emission of electron
anions clathrated in subnanometer-sized cages of[Ca24Al28O64]4+(4e-), Adv. Mater. Vol.16, pp.685-689,
2004.
17) Kamiya, T., Nakahata, K., Tan, Y.T., Durrani, Z.A.K., andShimizu, I.: Growth, structure and transport properties ofthin (>10 nm) n-type microcrystalline silicon prepared on
silicon oxide and its application to single electrontransistor, J. Appl. Phys. Vol.89, pp.6265-6271, 2001.
18) Tan, Y.T., Kamiya, T., Durrani, Z.A.K., and Ahmed, H.:
Room temperature nanocrystaline silicon single-electrontransistors, J. Appl. Phys. Vol.94, pp.633-637 , 2003.
19) Kawamura, K., Ito, N., Sarukura, N., Hirano, M., andHosono, H.: New adjustment technique for time
coincidence of femtosecond laser pulses using third
harmonic generation in air and its application to holographencoding system , Rev. Sci. Instr. Vol.73, pp.1711-4,
2002; (b) Idem, Holographic Encoding of Permanent
Gratings Embedded in Diamond by Two BeamInterference of a Single Femtosecond Near-infrared Laser
Pulse, Jpn. J. Appl. Phys. (express letter) Vol.39, pp.L767769, 2000.
20) Kawamura, K., Hirano, M., Kurobori, T., Takamizu, T.,
Kamiya, T., and Hosono, H.: Femtosecond-laser-encoded
distributed- feedback color center laser in lithium fluoride
single crystals, App. Phys. Lett. Vol.84, pp.331-313, 2004.
21) Hosono, H., Mizoguchi, M., and Kawazoe, H.: Effects of
F2 Excimer laser Irradiation on the Optical Transmission
and Defect Formation of various Types of Synthetic SiO2
Glasses, Appl. Phys. Lett. Vol.74, pp.2755, 1999.
22) Hosono, H., Ikuta, Y., Kinoshita, T., Kajihara, K., andHirano, M.: Physical disorder and optical properties in thevaccum ultraviolet region of amorphous SiO2, Phys. Rev.
Lett. Vol.87, pp.175501-3, 2001.
23) Oto, M., Kikugawa, S., Sarukura, N., Hirano, M., andHosono, H.: Optical fiber for deep ultraviolet light,� IEEE
Photon. Technol. Letter Vol.13, pp.978-980, 2001.�

51

�
�

���������������������������

�

Strongly-Correlated Electron Functional Oxides
for Electronics of the Next Generation����������������������������
���������������������������������������������������������
�������������������������

Oxides of the 3d transition metals are considered to be indispensable for electronics of the next generation,e.g.
“spintronics”. In such oxides, strongly-correlated electrons play the main role to originate unconventional
electromagnetic properties. They sometimes cause “superfunctions” such as high-Tc superconductivity and colossal
magnetoresistance (CMR), which surpass the common sense of conventional physics. Here, together with ourrepresentative results we overview three categories of strongly-correlated-electron functional materials that we havebeen studying since 1995 at Tokyo Tech, i.e. (1) high-Tc superconductive copper oxides, (2) halfmetallic iron oxides,and (3) thermoelectric or superconductive cobalt oxides.

Key Words : transition metal oxides, electron correlation, high-Tc superconductors, halfmetals,
thermoelectrics, oxygen engineering������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������

�����������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
�����������������������������

���� ��������� �� ���������������������

��������������������������� � � � � � � � ������������������� ���� � � � � � � � � � ������������������������ ��������������������������������������������������

��������������������������
������������������� ������������� ��������������������������

1995������������������������

�����������������������-1����������������������������

������������ ���������������

��������������������������

��������� ��������������� ������

����������������3����������

��������� ��������������������

������������������������

�������������������������������������

�������������������������

������������ ������������� ��������

��������������������������

���������������������������

������������������������2,���������������������������

��������

3)�������������������������
��������������������������
52

�

�
�������������
���������������

��������������
��������CuO2 ��������������

Bednorz�Müller��������La-Ba-Cu-O��� 1)���������������������������

�����������(Tc) �BCS���������

�������������������������

��� ~ 30 K��������������������Tc

��������������������������

������������������������Y-Ba-

CuO2 ��Cu�����: II��������������

Cu-O�����Tc������� (77 K) �������

���������-2(a) � (La1-xSrx)2CuO4�������

���������������������������

���������������������La2CuO4��

��������������������������

��Cu������+2��������LaIII��� (x) �����������������������������

SrII�������������������CuO2���

��

Cu 3d – O 2p�����dx2-y2������������Cu����������+(2+2x) ��������������

���������-2�������������� (a)��CuO2�����������������������

(La1-xSrx)2CuO4�(b) CuBa2YCu2O6+��(c) Bi2Sr2CaCu2O8+���������������������������(d) HgBa2Ca2Cu3O8+� ���������������Cu

CuO2����������������������

�O�2������������CuO2����������

��La�����Sr����������������� �������������������������CuO2

���������������������������

����������������������������

�������������������CuO2������

���������������������������

��������������������������

������������-2�������������

���������������������������

�������������������������

�������������������CuO2�����������������������������

����������������������������

�������������CuO2 ����������

��������������������������

Tc���0 ~ 135 K������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������� ����������������������4)�� ������������

����������������������5������

��
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

�
�

���� ����������������������������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������������

��
�
�

�
�
�
53

�

山内・
カルピネン

��������CuO2��������������

�
��B������s (= 1, 2, 3…) �����������

��������������������
����������������������100��������������������B�������

���������������������������

���������������������s����5, 6)� �-2�

�������������������������

���������������������CuO2������������������������������(n) �������������������������

�����B�������������������s =�����n (= 1, 2, 3…) ��������������

3��������������������������

�����������������������

�homologous, ����������������������
��������������������������
����(1)���������������

MmArQn-1CunOm+r+2n�� [����M-mr(n-1)n]������A�

�����

Tc

����

����

���

���

(1)
p

����M = ������������ (Hg, Tl, Pb, Bi,
Cu, Co, Fe, Ru, C, Al, …) ���� 0 (nothing)�A = ������������� (Ba, Sr, La, …)�Q = ������
���� [n = 2����Ca, RE (= ���)�n � 3����0���� ������� �� � ���� ������������������

Ca ��]����������������-2�����

������������������������

�����(a) 0201�(b) Cu-1212�(c) Bi-2212�(d) Hg-

���������2���s = 3�������

1223����1993��02(n-1)n���������� 7) ��(Hg,W)Sr2(Ce,RE)3Cu2Oz[(Hg,W)-1232]9)
10)

�

�

��������������������������

(Cu,Mo)Sr2(Ce,RE)3Cu2Oz [(Cu,Mo)-1232]

���������������������������

����-4� (Hg,W)-1232�����TEM�������

��������8).

�������3�������������������

������

���������������Tc���������

�������(Hg,W)-1232, (Cu,Mo)-1232�Tc �����������HgBa2Ca2Cu3O8+� (Hg-1223) ����135 K

�� ~33 K, ~53 K�����������s = 3�����

��������������������Tc�����������������������������

��������������������������

��������������������������

Tc���������CuO2��������������

�����������

���������������������������
��n = 3�������Tc�������������
�����Tc���������������������
��������������������������
���������Tc����������������
������������������-3��������
�������������������������
������������������������

����������B �����
��������������(1)�������A���
�������������������������
������B�������������(2)������5,6)��������������������
MmA2BsCu2Om+8+2s [����M-m2s2]������B�

(2)

����B = (Ce,RE) ���������B�������
�����2��CuO2����������� (BO2) ��
54����� ����������� ����� ��� � ���� �� ���� ���������

����������������Tc�������
���������������������������
�������������������������
���������������������������

����������������������������
�������������������(1) �����
�Jc������������������(2) ����
�Hirr���������Jc��������������
������������Tc��������������
���������������������������
CuO2�������������������������
���������������������������
�������������Jc, Hirr�����6). ������������������������������

���� ��������������� ���������� ��� �� �� ����� �� �� ���� � �����

����������������������������� �� ���������� ������������ �������

���������������������������

������� ����������������������

���-5�������2����������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������Jc, Hirr����������������������
���������������
��������������������������
��������������������������
�����������������������������
�����������������������������
���������������������������
��������������������������
����������������������100%����������������������������
�-7����

E
EF���� ���������������������������
��������� ������������������ ��������������
������������������������� ��������

�������������������������
�������������������������
������������������������A��
������Hirr������������������
�����������������
�������� ������������������
�����������������������������
���������

����������������������������������������
��������������������������
���������-6�������� � � � � � � � � ��������������������������
��������������� ����������������
�����������������������

�����������

������������������������
���40%���������������������
���100%���������������������
�����������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
���15)�
���������1980���������������
�����������4��������������
�������(1) ������ (Fe3O4)�(2) CrO2�(3) ������������������� (4) ��������
55

�

�
������� (A2FeTO6� A = Ba, Sr, Ca� T = Mo, Re)�����MR (TMR) �������� 17) � TMR������������4��������������2���

CMR�������(1) ���������������

��������������������������

������MR�������(2) ��MR������

�����������������

�������������������������
����������������������A2FeTO6 ������������������������
������������������������
������������������-1(b)������
������������Sr2FeMoO6������57Fe��

400 K������������������18)�����
������TMR�������������
�������Sr2FeMoO6�MR����������
�������������� 19) ������Mo������������16) ��-8������������

��W��Ta����������MR��������

��������1�����������������

������W�����Sr2FeMoO6 ���������

FeII�FeIII�����������������������

����W���60%���������������

������������������������

����������������TN (~ 50 K) ���

Sr2FeMoO6��Fe�������� (FeII/III) ������

Sr2FeMoO6���TMR���������������

��������Mo����������� (MoV/VI) �

�MR��������������MR��������

����������������������������

������� ���������Ta���������� � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � ���Ta50%�������������MR�: 207% (5�MnIII/MnIV, FeII/FeIII�������������������

K, 7 T) �����20)��-9���������������������������
���������

0 5K

x = 0.2
x=0

MR (%)

x = 0.4-100
x = 0.5-200-5���� ��������� ��� ���0�0 H (T)5���� ����������������� ��� �� � �� �� �� ����� �� ��� �� ����� �������������� �� ����������������������

���� ���� � �����
�������� ��� ������������
������������
�����������

���������������
�������������������������

������ � ��������������������������

������������

���������������������������

�������������������

���������������������������
������������������21��������

����������������������CMR��������������������������

(Colossal Magnetoregistance) �������������

���(3)�����������P��������Z�

��������� (MR) �������������

��������

��������������������������
��������������������������
100%������������������������

P�

S2

�

, Z�

S2

��

� P /�

(3)

����S, �, � ������������������

��������������������������

�����������3��������������

���������MR�������������MR��

��������������������������

56

�

�
����P��������������n � 1019 cm-3�
�������������21)� �����������
��������ZT � 1 (T �����) ���������
1997�����22) �����������NaxCoO2����NaCo2O4, x � 0.5����������������
� (S ~ 100 �V / K, 300 K) �������� (� ~ 200 ��
cm, 300 K) ���������������������
������������������n � 1021 cm-3��������������2�������������
�������������������������
�������
������������������������
23)����� �������������������� ���������

������������������������

Co�������������������������

NaxCoO2�������������������CoO2�

�������������������������

����������������CoO2 �������

6������������������������Na�(3d ) ��������Co �����Co �������RS���������������������

III����������������������Co (3d )
IV

�Co

5

IV

III

�������������������Co �Co �������������������������������

������������1�6��������������� � �����������������������

������������������� kBln6 ������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

III

IV

������������������������

��������24)�
��������������������������

��������������������������

�����������������������������

NaxCoO2���������������������

�������CuO2������CoO2�������

�������������������������

��������������RS��NaxCoO2��Na��������������������-10������

������������������������-1��������� (misfit) �����������������

����������������������������

�����������Co�����������CoO2

�������������������������

�������������� (RS) ���������

����������������������NaxCoO2��

���������������CoO2��RS�����

����������������M = 0 (or nothing), A =�������������������������

x�Na, m = 0, � = -2������������������

��������������������������

���������������������������

������CoO2��RS����������������

���CoO2���������������n � 2����������b���������a, c��� � ������

����������������������������

������������������������

[MmA2Om+2��] q [CoO2](4)

���� ������������������������������������������

����M����������� (Co, Hg, Tl, Pb, Bi…)�
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)

A��������� (Ba, Sr, Ca)�q�CoO2��RS��b�����q � bCoO2 / bRS���������b������
�������������������������

(6)

�
�
CaO – CoO – CaO
SrO – (Tl,Co)O – SrOSrO – (Pb,Co)O – SrOSrO – (Hg,Co)O – SrOSrO – BiO – BiO – SrO
CaO – (Cu,Co)O –(Cu,Co)O – CaO

M
Co(Tl,Co)(Pb,Co)(Hg,Co)
Bi

A
Ca
Sr
Sr
Sr
Sr

m
1
1
1
1
2

(Cu,Co)

Ca

2

�
�
57

�

�
��������������29)�

���������������������
�������������Co�����������
��������������������������
��������������������������

�������������4)����������������������

�����Co��������������������

�������������������������

�����������������S�������(5)��������������������������

������������23)�

������������������������

S ��������������MR�������������

kB � g3 c ���e �� g 4 1 � c ��(5)����c�CoIV����g3, g4�����CoIII, CoIV����������������������������
��������������������������
��������������������������

�����NaxCoO2����Na������������

����������������������������

�����������������Na������c���������������������� ������������������� (c = 1 - x)�������

�����������������������������Na���������������Na�����

��������������������������

������������������-11�25) �� ��������������������������

����������������������������

��������������������������Co

������������������������������������

�����������������������c = 0.00������������������������

~ 0.20���������������

26, 27)� ����

�������������������������

NaxCoO2����c � 0.25�����������������

�����������������Ti��������

�����NaxCoO2�����������������

��������������������������

���������������

����������������-12���������
�������������������������

150

NaxCoO2������������������������10-10�������������������������

x = 0.75

S (�V / K)100�������Sr2FeMoO6 30) �����������
x = 0.65

50"Na0.55CoO2"(Kawata et al.)

0
0

100

T (K)

200

300

����� �������� ��� �� ������ ������ �������� � ������
�������� ������ ������������������������������������� �������� �������

NaxCoO2����Na� (x) �������������
�������������������Na�����
��������2003�����28) ���������
���x = 0.7�������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � Na0.35CoO2 �
1.3H2O����Tc = 4.5 K��������������
���������������������������
�����Co�������������������
�Co��� ������3.48 ���������������

58

���������������������������
BaYMn2O5+� 31) ������������������
���������
������������������������
���8)� ���������������������
��1000�C��������������������
��������������������������
KClO3�Ag2O2�������������������
��������������������SrO2�����
��������������������������
��������������������������
������������������

�
�
�
�
�
�
����� ���������������

������������������������������

�
0.2�������������������������
���������������������������

9.2

���������TCOD (= temperature-controlled oxygen�Weight loss (%)

��������������������������

�

depletion) ����������������������(TG) ���������(1) ��������������

������ (in situ) ������������������

�

-0.4

0.07 (3.08)-0.6

0.00 (3.04)

9.1

-0.8
-1.0

-0.05 (3.02)
0

200

400

600

Temperature (°C)

8.9
800

�

������������������

����� ��������������� ��������������������

��������4������������������

������ ���� ���� ����� ������������
���������� ���� ���� ���� �� ��������

���Ca3Co3.95O9+� [= (CoCa2O3��)0.62CoO2] �TCOD�������

0.15 (3.12)

�(3) ������������������������

26)

-0.2

9.0

�

����TG���������������(2) ����

� = 0.24 V(Co) = 3.16

0

�

9+�

���������������������������

9.3

��� ����������������������������

��-13����������������

�������400, 500, 600, 750�C�N2���������

���������������������������

��������������������������

��� (�w) ��������������w�������

��������������������������������������

���� � ���������������������

�������� ���� ���������������� ����������

������������������������������
������������������ ���������������

������������

���������������������������

������������ (=�����) �����

����������������������������������

���������������������������-����������� ������ �� ������ ���������

2������������������������

����������������������������

��������������������������

�����������������������������

�������������������������

�������������������������

��������������������������

���������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

������������������6���������

��������������������������

�������������������������

������������� � � ����� ���������������
������ ����������������������������

�
��

���

����

������ (iodometry)I-

S2O32-������� I2 ���������
��������� (cerimetry)

Fe2+

Ce4+����� Fe2+������������� [Fe(II)/Fe(III) coulometry]

Fe2+

�� Fe2+�����

���������� [Cu(I)/Cu(II) coulometry]Cu+

�� Cu+�����

����������� [Cu(I)/Cu(II) electrolysis]Cu+

�� Cu+�����

����

59

�

�
�
��

��������������������X���������������������������Cu� ����������������������������

L-edge � � O K-edge � X � � � � � � � � (X-ray

��������������������������

absorption near-edge structure; XANES) ��������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

33)����������-15� � ������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������

���������������������������
��������������������������
���������������

�
�����
1)

J.G. Bednorz and K.A. Müller, Z. Phys. B 64, 189-193(1986).

2)����, �����, ���, ����, �����
��������������, ��, 1993�.

3)�������, ������� �� ������
����������, ��, 1998�.

4)

M. Karppinen and H. Yamauchi, in International Book
Series: Studies of High Temperature Superconductors,
Vol 37, A.V. Narlikar (Ed.) (Nova Science Publishers,
New York, 2001) pp. 109-143.

5)

����, ��������� 3, 47-56 (1990).

6)

M. Karppinen and H. Yamauchi, Mater. Sci. Eng. R26,
51-96 (1999).

7)

S. Adachi, H. Yamauchi, S. Tanaka, and N. Môri,
Physica C 206, 226-230 (1993).

8)

H. Yamauchi and M. Karppinen, Supercond. Sci. Technol.
13, R33-R52 (2000).

9)T. Watanabe, M. Karppinen, T. Motohashi, T. Nagai, Y.
Matsui, and H. Yamauchi, Phys. Rev. B (2004) in press.

10)

Y. Morita, T. Nagai, Y. Matsui, H. Yamauchi, and M.
Karppinen, Phys. Rev. B (2004) in press.

11)

M. Karppinen and H. Yamauchi, Phil. Mag. B 79, 343366 (1999).

12)

M. Karppinen and H. Yamauchi, J. Inorg. Mater. 2, 589599 (2000).

13)

Y. Yasukawa, T. Nakane, H. Yamauchi, and M.
Karppinen, Appl. Phys. Lett. 78, 2917-2919 (2001).

14)

M. Karppinen, N. Kiryakov, Y. Yasukawa, T. Nakane,
and H. Yamauchi, Physica C 382, 66-71 (2002).

15)

M. Johnson, J. Magn. Magn. Mater. 140-144, 21-24(1995).

16)

J. Lindén, T. Yamamoto, M. Karppinen, H. Yamauchi,
and T. Pietari, Appl. Phys. Lett. 76, 2925-2927 (2000).

17)

���, ����, ���� 32, 298-308 (1997).

����������������

18)

�
�
�

K.-I. Kobayashi, T. Kimura, H. Sawada, K. Terakura, andY. Tokura, Nature (London) 395, 677-680 (1998).

19)

J. Lindén, T. Yamamoto, J. Nakamura, M. Karppinen, andH. Yamauchi, Appl. Phys. Lett. 78, 2736-2738 (2001).

����� �������������������������� ��� ���������� ����� ����� ����� �� �� ���� �� ������ �� �� ���� �� ������
����� ���� � ����� �������

������������3d����������������
�������������������������
�3������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
�������������� (= ����������) �����������������������
������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������������������
�������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
����� (= ���������������)���

60

�

�
20)

J. Lindén, T. Yamamoto, J. Nakamura, H. Yamauchi, and
M. Karppinen, Phys. Rev. B 66, 184408-184414 (2002).

21)

G. Mahan, B. Sales, and J. Sharp, Phys. Today 50, 42-47(1997).

22)

I. Terasaki, Y. Sasago, and K. Uchinokura, Phys. Rev. B
56, R12685-R12687 (1997).

23)

W. Koshibae, K. Tsutsui, and S. Maekawa, Phys. Rev. B
62, 6869-6872 (2000).

24)

I. Terasaki, in Proceedings of the 18th International�Conference on Thermoelectrics (ICT’99), Baltimore, MD,
Aug. 29-Sep. 2, 1999 (IEEE, Piscataway, 2000) pp. 569576.

25)

T. Motohashi, E. Naujalis, R. Ueda, K. Isawa, M.
Karppinen, and H. Yamauchi, Appl. Phys. Lett. 79, 14801482 (2001).

26)

Y. Morita, J. Poulsen, K. Sakai, T. Motohashi, T. Fujii, I.
Terasaki, H. Yamauchi, and M. Karppinen, J. Solid State
Chem. 177, 3150-3156 (2004).

27)

M. Karppinen, H. Fjellvag, T. Konno, Y. Morita, T.
Motohashi and H. Yamauchi, Chem. Mater. 16, 27902793 (2004).

28)

K. Takada, H. Sakurai, E. Takayama-Muromachi, F.
Izumi, R.A. Dilanian, and T. Sasaki, Nature (London)
422, 53-55 (2003).

29)

M. Karppinen, I. Asako, T. Motohashi and H. Yamauchi,
Chem. Mater. 16, 1693-1696 (2004).

30)

T. Yamamoto, J. Liimatainen, J. Lindén, M. Karppinen,and H. Yamauchi, J. Mater. Chem. 10, 2342-2345 (2000).

31)

M. Karppinen, H. Okamoto, H. Fjellvåg, T. Motohashi,
and H. Yamauchi, J. Solid State Chem. 177, 2122-2128(2004).

32)

M. Karppinen, Annales Academiae Scientiarum Fennicae,
249 (Finnish Science Academy, Helsinki, 1993) 51 p.

33)

M. Karppinen, K. Kotiranta, T. Nakane, S.C. Chang, J.M.
Chen, R.S. Liu, and H. Yamauchi, Phys. Rev. B 67,
134522-1-6 (2003).

�

61

�

�
�

������������������
���������������������
Ceramics Nano-engineering
for Creation of Wonder Materials��������
����� ������ ������� ��������������������������������������
���������������������������������������������������������������������������������������
�����������������������������������������������������������������
�

�

�

�

���������������������������������������������������
��������������������������������������

The fabrication of “wonder materials” was investigated by using the advanced oxide heteroepitaxy technique basedon the nanoscale surface engineering as well as the atomic layer control via laser molecular beam epitaxy (laserMBE). Atomic-scale analysis of the terminating layer of perovskite oxide films was also performed by in-situ coaxial
impact-collision ion scattering spectroscopy (CAICISS). The novel heteroepitaxies that could be attained were: (1)the molecular layer-by-layer epitaxy of oxide thin films, (2) the atomic step-decoration epitaxy resulting in the
nanowire or nanodots of oxides, (3) room-temperature selective sapphire growth induced by electron beamirradiation, and (4) room-temperature epitaxy of ITO thin films on Si substrate resulting in the room-temperaturesolar cell.

Key Words : nanoscale control, epitaxial growth, oxide films, laser molecular beam epitaxy,
wonder material, room-temperature process������

����������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

�����������������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

������

�������������������������
������ ������������������������ �����������������������������

���������������������������

�����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������������

��������������������������

����������������������������

���������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������� �������

�������������������������

����������������������������

������������������������������

����������������������������

������������������������������ ���� ����������������������

��������������������������

��������������������������� ���������������������������

�������������������������

���������������������������

�������� �������������������

��������������������� ���������
62��������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

�
���������������������������
�����������������������
��������������������
�������������������������
�������������

���� �������������������
�����������������
�������������
���������������������������

�������������������������

����������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

������

��������������������������

��������������������������������

��������������������������

�����������������������������������

��������������������������

�������������������������������

��������������������������

������� ��������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������

��������������������������

������������������������

�������

�����������������������������

������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

�������������������������� ������

��������������������������� � � � � ������ � � � � � � � � � � � � � �����������������������������

������������������������������

�����������������������������

��������������������������������

�������������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������������

��������������������������

���������������������������

�����������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������� �����������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������� � ���������

����������������������������

�������������� �������������������� ������������

����������

���������������

63

吉本������������������������

����������������������������

�
SiC substrate heater
andGoniometer��������������������� �������
�

KrF excimer laser���������������

RHEED gun

RHEED screen
CCD camera
Substrate�
TargetCryo pump������ ���������������������������

UHV Chamber
CAICISS�

ChopperIon Source�
SampleDetector(MCP)

2 ~ 4 keV He+ or Ne+������� ������������������������������

���������������������������
������������������������������
����������������������������
��������������������������
���������������������������
����������������������������
���������������������������
���������������������������
����������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������� ������� ��������������������
���������������������������
����������������������������
���������������������������
����������������������������
�������������������������� �������������������������������
��������������������������
�������������������������
�������������������������
������������������������������������
������������������������������
���������������������������
����������������������������
��������������������������
���������������� ������ ���������
�������������������������������� ������������������������������� 64����� �������������������������������
��������������������������

��������������������������
������� ������������������������
���������������������������
���������������� �������������������
�����������������������������������
���������������������������������
������������������������������
���������������������������
���������������������������
������ ������������������������
����������������������������
����������������������������
������������������������
�������������������������
�������������������������
����������������������������
���������������������������������
���������������������������
������������� ��������������������
�������������������������������������
���������������������������
������ ������� �����������������
����������������������������
���������������������������� � � � � � � ����� � � � � � � � � � � � �� ���������������������������������

�
�

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
����

�

�

���� ��������������������
������������������������������

�������������������������������
��������������������������
����������������������������
����� ��������������������������

�
����
�

�����������������������������
������������������������������

���� ������������������������������� ���������������������������������
������
������������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������

������������������������

��������������
���������� ������������������
���������������������������
����������������������������
�������������������������
�����������������������������
����������������������������
��������������������������
����������

�������������������������� ����������������������������

���������� ������������������ ���������������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������������

�����������������������������������������

����������������������������

���������������������������������

��������������������������

���������������������������

�����������������������
���� �����������������������

���������������
�����������������������������

����������������������������

��������������� ����������������

�����������������������������������

��������������������������������

�����������������������������

�������������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

����������������������

�����������

�������������������������������

�

�
65

�
����������
�������������������������������
�������������������������
������������������������������
�����������������������������
�����������������������������
��������������������������
��������������������������
������������� ����������������
���������������������������
����������������������������

�������������������������������

��������������������������������
�����������������������

�������������������������
�����

�
�

���������������������������

��Si������������������� � � � � � � ���� � � � � � � � � � � � � ��������������������������������

����������������������������������

���������������������������������������

������������������������������

��������������������������

�������������������������������

���������������������� ������� ���� ������� �����

����������������������������������������

���������������������������������

��������������������������

�����������������������������������������

�������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

�������������������������������

���������������������������

�������������������������������

�������������������������������

��������������� ������������

����������������������������� � � � � � ��� � � � � � � � � � � � � � � � ����������������������������

�������������������� ������������

������������������������������

������������������������������

������� ������ ��������������������������

�������������������������

���� �����������������������

����������������������������

���������������������������

�������������������� ����������

�����������������������������������

����������������������������

���������������������� �������������

������������������� ������������

������������������������������

�������������������������

������������������������

������������������ � ���������������������������������

���������������������������������

��������������������������������

���������������������������

����������������������������� ������������������������������

������������������������ � � � � � � � � � � � ����� � �� � ����� � � � � �������������������������������

�����������������������������

���������������������������

�������������� ������������ ���������������������������������� ���� �������������������������������

��������������������������

������������������������������

��������������������������

�������� �����������������������

���������������������������

����������������������������������

�������������������������

�������������������

� 66

�
�

����
�
���� �����������������������������������������������
�������������

��������������������������
���������������
������������������������
�������������������������� � � � � � � � �� ���������������������������������
��������������������������

�����������������������������������������
����������������������������������

�����������������������������
�����������������������������
�����������������������������
����������������������������
��������������� ��������������
����������������������������
�����������������������������
�������������������� �������
�����������������������
���������������������������������������
�������������������������������
����������������������������
��������������������� ������
�����������������������������
�����������������������������
���������������������������
�������������������������
����������������������������
��������������������������
�������������������������
�������������������������
�����
�

�

���������������������������
��������������������������
��������
���������������������������
��������������������������
�������������������������
���������������������������
�������������������������
��������������������������
�����������������������������
��������������������������
�����������������������������
�������������������������
������������������������������
���������
������������������������������
������������������������������
�����������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������������
������������������������
�����������������������������
��������������������������
���������������������������
������
67��������������������������

Electron beam�������������������������
�����������������������������
�������������������������

Film����������������������������

Sapphire substrate�������������������������

(a)���������������������������
��������������������������
���������������
������������������������
�������������������������
���������������������������(b)��������������������������

(c)����� ���������������������������������
�������������������������

�������������������������������
������������������������������
��������������������������

(a)

200
150
100

����������������������������
��������������������������

50���������������������������

0

50

100
150
Length [� m]

200

250

300

0

220 �m��������������������������

�������������������������

50 �m
200

400
Length [ � m]

����

�
�����

440 nm130 �m
310 nm� Height [nm]

(b)

400

100

�������������������������
�������������������������

500

200

��������������������������
���������������������������

�
130 �m

210 nm� Height [nm]250��������������������������
600

800

�
�������������������������������������
������������������������

������ �����������������������
������������������������������

�������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
����������������������������
���������������������

��������������������������

�������������������������

������������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

�������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������

���������������������������
�����������������

� 68

�
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� � ������������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������������������
�������������������������
���������������������������
��������� �����������������������
������������������������
������������ ����������������������������������������13) Yoshida, K, Yoshimoto, M, Sasaki, K, Ohnishi, T, Ushiki, T,
Hitomi, J, Yamamoto, S, and Shigeno, M: Fabrication of a New
Substrate for Atomic Force Microscopic Observation of DNA
Molecules from an Ultrasmooth Sapphire Plate, BiophysicalJournal, vol. 74, pp.1654-1657, 1998.
14) Ebihara, K, Koshihara, S, Yoshimoto, M, Maeda, T, Ohnishi, T,
Koinuma, H, and Fujiki, M: Direct Observation of Helical
Polysilane Nano-structures, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 36,
pp.L1211-L1213, 1997.
15) Hashimoto, Y, Mizuno, U, Matsuoka, H, Miyahara, T, Takakura,
M, Yoshimoto, M, K. Oshima, K, K. Uchimoto, K, and Matsubara,
S: Structural Studies of the Low-Valent Titanium “Solution” in
Pinacol Coupling Reaction ?, J. Am. Chem. Soc., vol. 123(7),pp.1503 – 1504, 2001.
16) Aono, M, Oshima, C, Zaima, S, Ohtani, S and Ishizawa, Y:
Quantitative Surface Atomic Geometry and Two-Dimensional
Surface Electron Distribution Analysis by a New Technique in
Low-Energy Ion Scattering, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 20,
pp.L829L-832, 1981.

1)��� �����������������������
���pp.263- 273������1999�.

2)

Koinuma, H, Yoshimoto, M, Nagata, H and Tsukahara,
T:Fabrication and Anomalous Conducting Behavior of
Atomically Regulated (SrVO3-x/(SrTiO3-y)Superlattices, Solid
State Commun., vol. 80(1), pp. 9-13, 1991.

3)

Yoshimoto, M, Shimozono, K, Maeda, T, Ohnishi, T, Kumagai,
T, Chikyow, T, Ishiyama, O, Shinohara, M, and Koinuma, H :Room-Temperature Epitaxial Growth of CeO2 Thin Films on
Si(111) Substrates for Fabrication of Sharp Oxide/Silicon
Interface, Jpn. J. Appl. Phys.,vol. 34 , pp. L688-690, 1995.

18) Yoshimoto, M, Ohnishi, T, G-H. Lee, Sasaki, K, Maruta, H, andKoinuma, H : Atomic-scale Analysis of Laser MBE Growth of
Oxide Thin Films by In situ RHEED and CAICISS, Mat. Res.
Soc.Proc., vol. 502, pp. 227-236, 1998.

4)

Ohnishi, T, Yoshimoto, M, G-H. Lee, Maeda, T, and Koinuma, H:
Unit-cell Layer-by-layer Epitaxial Growth of BaO Thin Films
from 20 C to 600 C, J. Vacuum Science and Technology A,
vol.209, pp. 2469-2473, 1997.

19) Sakata, O, Takata, M, Suematsu, H, Matsuda, A, Akiba, S,Sasaki,
A, Yoshimoto, M: High-energy x-ray scattering in grazing
incidence from nanometer-scale oxide wires, Appl. Phys. Lett. vol.
84(21), pp. 4239-4241, 2004.

5)

Yoshimoto, M, Yoshida, K, Maruta, H, Hishitani, Y, Koinuma, H,
Nishio, S, Kakihana, M, Tachibana, T : Epitaxial DiamondGrowth on Sapphire in an Oxidizing Environment, Nature, vol.
399, pp. 340 – 342, 1999.

6)

Yoshimoto, M, Maeda, T, Shimozono, K, Koinuma, H, Shinohara,
M, Ishiyama, O and Ohtani, F: Topmost Surface Analysis of
SrTiO3(001) by Coaxial Impact-collision Ion Scattering
Spectroscopy, Appl. Phys. Lett., vol. 65[25], pp. 3197-3199, 1994.

20) Takakura, M, Miyahara, T, Tashiro, J, Sasaki, A, Furusawa, M
and Yoshimoto, M: Nano-Scale Heteroepitaxy Control of
Magnetic Oxide Thin Films on Ultra-Smooth Sapphire Substrates,
Mat. Res. Soc. Proc. ('00 Fall Meeting, Boston),vol.648, pp.
P6.5.1- P6.5.6., 2001 .

7)

Yoshimoto, M, Mizuno, K and Miyahara, T: Atomic-scale
Control of Oxide Substrate Surface/Termination and Novel
Heteroepitaxial Growth, Mat. Res. Soc. Proc. of Symp."Substrate
Engineering- Paving the way to Epitaxy"('99 Fall Meeting,
Boston) vol. 587, pp. O3.1.1- 1.12., 2000.

22) Chikyow, T, Tye, L, El-Marsy, N.A and Bedair, S.M: Reaction
and regrowth control of CeO2 on Si(111) surface for the siliconon-insulator structure, Appl. Phys. Lett., vol.65, pp.1030-1032,
1994.

8)

Yoshimoto, M, Maeda, T, Ohnishi, T, Koinuma, H, Ishiyama, O,
Shinohara, M, Kubo, M, Miura, R, and Miyamoto, A: Atomic
Scale Formation of Ultra-Smooth Surfaces on Sapphire Substrates
for High-Quality Thin Film Fabrication, Appl. Phys. Lett., vol. 67,
pp.2615- 2617, 1995.

23) Furusawa. M, Tashiro, J, Sasaki, A, Nakajima, K,Takakura, M,
Chikyow, T, Ahmet, P, and Yoshimoto, M, In situ analysis of
Room-temperature Epitaxial Growth of CeO2 Ultrathin Films on
Si(111) by CAICISS, Appl. Phys. Lett., vol. 78, pp.1838 – 1840,
2001.

9)

Maeda, T, Yoshimoto, M, Ohinishi, T, G-H. Lee, and Koinuma,
H: Orientation Defined Molecular Layer Epitaxy of �-Al2O3 Thin
Films, J. Cryst. Growth, vol. 177, pp. 95 –101, 1997.

24) Moon, B. K, Ishiwara, H, Tokumitsu, E and Yoshimoto,
M:Characteristics of Frroelectric Pb(Zr,Ti)O3 Films Epitaxially
Grown on CeO2(111)/Si(111) Substrates, Thin Solid Films, vol.
385, pp. 307 – 310, 2001.

10) ��� 3015261�������������������
���������� 11 � 12 ��.
11) Ohnishi, T, Takahashi,,K, Nakayama, J, Kawasaki, M, Yoshimoto,
M and Koinuma, H: A-site Layer Terminated Perovskite
Substrate: NdGaO3, Appl. Phys. Lett., vol. 74, pp.2531 – 2533,
1999 .
12) Ohnishi, T, Ohtomo, A, Kawasaki, M, Takahashi, K, Yoshimoto,M, and Koinuma, H: Determination of Surface Polarity of c-Axis
Oriented ZnO Films by Coaxial Impact-Collision Ion Scattering
Spectroscopy, Appl. Phys. Lett., vol. 72, pp.824-826, 1998.

�17) Iwahori, K, Watanabe, S, Kawai, M, Mizuno, K, Sasaki, K, andYoshimoto, M: Nanoscale Compsotion Analysis of Atomically
Flat SrTiO3(001) by Friction Force Microscope, J. Appl. Phys.,vol.88, pp.7099-7103, 2000.

21) Tian, Y. J, Linzen, S, Schmidl, F, Matthes. A, Schneidewind, H,
and Seidel, P: On ageing and critical thickness of YBa2Cu3O7
films on Si with CeO2/YSZ buffer layers, Thin Solid Films, vol.
338, pp.224-230, 1999.

25) Tashiro, J, Sasaki, A, Akiba, Satoh, S, Watanabe, T, Funakubo, H,
and Yoshimoto, M: Room-temperature epitaxial growth of indium
tin oxide thin films on Si substrates with an epitaxial CeO2
ultrathin buffer, Thin Solid Films, vol. 415, pp. 272-275, 2002.
26) Sasaki, A, Isa, H, Liu, J and Yoshimoto, M: Fabrication of Micropatterns on Sapphire Substrates via Room-Temperature Selective
Homoepitaxial Growth Induced by Electron Beam Irradiation, Jpn.
J. Appl. Phys., vol. 41 pp.6534-6535, 2002.

69

���������������������
���������������
Flux-mediated epitaxy: new approach in vapor phase epitaxy to single
crystal quality of complex oxide films����� �������
����� ������������������������������
���������� � � � � � ������ � � � � � ������� � � �� � ��We propose a new approach, flux-mediated epitaxy (FME) to single crystal quality of complex oxide thin films invapor phase epitaxy. The key is a flux, which is frequently used in bulk process for lowering a process temperatureand suppressing incongruent melt. The successful application of the flux to the bulk single crystal growth allows us to
expect a similar benefit even in the case of vapor phase epitaxy. In this paper, We discuss on the capability of thisnew concept ’FME’ for controlling phases and crystallinity of the complex oxide films, showing some examples suchas optical, ferromagnetic and ferroelectric oxide and high-Tc superconductor, together with the future scope of its
combinatorial application.

Key Words: Oxide thin film, Pulsed laser deposition, flux, combinatorial technology, single crystal�������

������������������������� ��������������������������

���������������

�������������������������� �������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �����������������������������

��������������� �������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

����������������������������

�����������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

�������������������������

������������������������

��������������������������� �������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������������������
������������������������������

�������������������

�������������������������� �������������������������

�����������������������

��������������������������� �������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � ���������������������������

���������������������������������

��������������������������

��������������������������������

�������������������������

�������������������������

70

�

�
���� ������������������ ����������������������� ��������������

������������������

松本������������������� �������� �������� �� � � �������������������

����������������

�������������������������

������������������������������

������������������������������

�������������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������� � � � ���� � � � � � � � � � � � � � � � � ������������������������������

������� ������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������������������

������������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������� �������

�����������������������

�������������������������������� �����������������������������

����������� � � � � ��� � ��� � � � � � � � � ����������������������������

������������� ����������������������

������������������������������

��������������������������

��������������������������������

����������������������������

��������������������������� ��������������������������

�����������������������������

������������������������������������

���������������������������

��������������������������

������������������������������

�������������������������

�������������������������

������������������������������

�����������������

����������������������������� ������

�
71

�

�������� ����� ���������������

�����������������������������������������
���������������������������������

�������������������������������� � � � ���� � � � � � � � ��� � � � � � � � � ������������������
������������������������
����������������������������
�������������������������
���������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������� �� ��������������������������
���������������������������
��������������������������
�������������������������������
�����������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
����������������������������
��������������������������
�����������������������������
���������������������������
����������������������������
���������������������������
���������������

�������������������������������
��������������������������
�������������������������������
���������������������������
������������������������������
���������������������������
������������������� ���������������������������
���������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
�����������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
������������������������
���������������������������
������������������������������
�����������������������������������
������������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������������� ����������������������

�������������������������������� ���������������������

���������������������

��������������������������

������������������ ����� ������ ����������������� ������

72��������������������������

�������������������������������� ��������������������������

����������������������������

����������������������������

�����������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

�����������������������������

����������������������������

�������������������� �����������

��������������������������

������������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

������������ ���������������������������
���������������������������

�������

���������������������������� �������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

����������������

���������������������������� �������������������� ������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

������������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������

�������������������������������� �������������������������

�����������������������������

���������������������������

������� ���������������������

����������������������

���������������������������

����������������������������������
���������������������������
���������������������������

����
����

����

1)

A. Ishizaka, Advances in Colloid and Interface Science,
71-72 (1997) 165-182

2)

P. S. Cremer, and Somorjai, J. Am. Chem. Soc. 118 (1996)
2942-2949

3)

M. Yoshimura, H. Furuya, T. Kobayashi, K. Murase, Y.
Mori and T. Sasaki, Opt. Lett. 24 (1999) 193

4)

T.-W. Kim, N. Arai, Y. Matsumoto, M. Yoshimura, H.
Furuya, Y. Mori, T. Sasaki and H. Koinuma, J. Cryst.
Growth 229 (2001) 208-211

5)

I. Ohkubo, Y. Matsumoto, K. Ueno, T. Chikyow, M.
Kawasaki and H. Koinuma, J. Cryst. Growth. 247 (2003)
105-109

6)

R. S. Wagner and W. C. Ellis, Appl. Phys. Lett. 4 (1964) 89

7)

M. Copel, and R. M. Tromp, Phys. Rev. Lett. 63 (1989) 632

8)

Y. Matsumoto, R. Takahashi and H. Koinuma, J. Cryst.
Growth. Submitted.

9)K. S. Yun, B. D. Choi, Y. Matsumoto, J. H. Song, N. Kand,
T. Itoh, M. Kawasaki and H. Koinuma, Appl. Phys. Lett. 80(2001) 61

10) R. Takahashi, H. Kubota, M. Murakami, Y. Yamamoto, Y.
Matsumoto and H. Koinuma, J. Combi. Chem. 6 (2004)
50-53
���� ����������������������������
���������������������������������
�����������

��� R. Takahashi, T. Tanigawa, Y. Yamamoto, Y. Yonezawa, Y.
Matsumoto, H. Koinuma, MRS Fall meeting proceedings
804 (2004) J9.21.1-6�
73

�

�
�

������� ������������������Giant Particle Size Effect-Peculiar Phenomena in Dielectric Crystals��� ���� ��� ���� ��� ���� ������
�����������������������������������������������������������
1��������������2������������3���������������4���

Extremely large particle-size effect was found in several dielectric crystals. In the case of III-IV phase transition of
CsZnPO4 (CZP), it was not observed for single crystals smaller than 0.1 mm, while the larger crystals than 0.25 mmshowed the structural phase transition at 220 K. The thermodynamic studies were made by high-percision adiabatic
calorimetry, and by high-energy synchrotron-radiation X-ray diffractometry at SPring-8. The anomaly due to thephase transition could be seen in the the heat capacity curve, and the structural change was detected in the diffracton
data. The mechanism of the phase transition was discussed.

Key Words : Giant particle size effect, Dielectric crystals, Phase transition, Heat capaciy, X-ray
diffraction by synchrotron radiation������� �������������������������
����������������������������
������������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
������ �����������������������

���������������������������
��������������������������
��������������������������

����������������������������

��������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������� �������
������������������������������
���������������������������
���������������������������� ������������������������������ �������������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������
����������������������������

� �
74

�

�
��������������������������������

���������������� ������������

��������������������������

�����������������������������

��������������������������

������������� �� �����������

������������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������� ���������

���������������������������

��������������������������

����������������������� ������

���������������� ��������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

�������������������������

�����������������������������

�������

������������������������������ �������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������� ����������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

����������������������������

�������

���������������������������
�������BZG�������������CZP�������������� ��������������������������������

���BZG��������������������

���������������������������

��AZnPO4 �������������������
��������7-9)��

���������������� ���������������������������
�����������������������������
��������������������������
�����������������������������
��������������������������
���������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

����������������������������

���������������������������������

75

�

阿竹

�������������������������

��������������������������

��������� ������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

����������������������������� � ����������������������

����������������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

����������������������������
�������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

†
†

������������������������������
���������������� � ������������������������

���������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������

Cp / JK-1mol-1

120(a) Tr = 200 K

0h
24 h
72 h

115

110

200
120

Cp / JK-1mol -1

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

115

210 T / K 220

0h
12 h
24 h
72 h
120 h

230

(b) Tr= 195 K

110

200

210

T /K

220

230

��������������������������

������������������� ���������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

����������������������������
���������������������������
��������������������������
�����������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������

������������������������������

���������������������������
76

�

�
�

�������������������������

�������CsZnPO4�������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������-9����������������

���������������������������

������������������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

��������������������CsZnPO4 ��������������������������������
����������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������10)������������

�
����
1)

S. Aoyagi, Y. Kuroiwa, A. Sawada, I. Yamashita and T.
Atake: Composite Structure of BaTiO3 Nanoparticle
Investigated by SR X-ray Diffraction, J. Phys. Soc. Jpn.
Vol. 71, pp. 1218-1221 (2002).

2)

Y. Fukui, S. Izumisawa, T. Atake, A. Hamano, T.
Shirakami and H. Ikawa: Effects of Heat Treatment on the
Phase Transitions in BaTiO3 Fine Particles, Ferroelectrics
Vol. 203, pp. 227-239 (1997).

3)

N. Inoue, H. Abe, I. Yamashita, H. Kawaji and T. Atake(unpublished).

4)

A. Hamano, T. Atake and Y. Saito: Thermodynamic
Studies of Successive Phase Transitons in BaZnGeO4 anda New Solid Phase below 186.1 K, Appl. Phys. A Vol. 49,
pp.91-94 (1989).

5)

N. Yamamoto, M. Kikuchi, T. Atake, A. Hamano and Y.
Saito: Incommensurate-Commensurate Phase Transitionof BaGeZnO4 Studied by Electron Microscopy andDiffraction, J. Phys. Soc. Jpn. Vol. 61, pp. 3178-3188(1992).

6)

S. Takai, A. Hamano, T. Atake, N. Ishizawa and F.
Marumo: X-ray Diffraction Study on Phase Relation of
BaZnGeO4, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 32, pp. 4635-4640(1993).

7)

I. Yamashita, T. Tojo, H. Kawaji and T. Atake: Thermal
Studies of the IV-III Phase Transition in CsZnPO4, Phys.
Rev. B Vol. 65, 212104 pp. 1-4 (2002).

8)

I. Yamashita, H. Kawaji, T. Atake, Y. Kuroiwa and A.
Sawada: Order-disorder Mechanism of the I-II Phase
Transition in CsZnPO4, Phys. Rev. B Vol. 67, 014104 pp.
1-6 (2003).

9)

I. Yamashita, H. Kawaji, T. Atake, Y. Kuroiwa and A.
Sawada: Particle-size Effects on the III-IV Phase
Transition in CsZnPO4, Phys. Rev. B Vol. 68, 092104 pp.
1-4 (2003).

����������������

��������������������������
�������������������������
���������������������������
�������������������������
��������������������������
������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
� � �������������������������

��������
� CsZnPO4������������������������
���������������������������
���������������������������

10) I. Yamashita, H. Kawaji and T. Atake (unpublished).
77

�

�
�

��������������
Why is the materials dynamics required?
���� ���
����������������
������������ ���

The materials dynamics is required and currently becomes important for the basic science and nanotechnology. Fromthe point of view of a shock-wave researcher, this review describes the reason and the background on the basis of thecomparison between static and shock high-pressure experimental data, especially related to elastic properties andheat-transport phenomena. The fundamental aspect, research tools, and the future of the materials dynamics are also
described.

Key Words : Materials dynamics, shock wave, high pressure, shock compression, elasticity,heat transport, laser shock, gas gun������

���������������������������

�����������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

������

���������������������������

������������������������

����������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

�����������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

����������������������

������
������������������������
��������������������������

����������������

�������������������������

�������������(��)��������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

�����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������X������������

��������������������������

������������������X��������

��������������������������

�����LiF�������������������

������������������

��������������������������

��������������������������

�������X�����������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���� ����������������������

��������������������������
78���������������������������

��������������������������

���������������������������

�����������������������������

�������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������
���������������������������
��������������������������

�����������������

�����������������������

�������������������������
��������������������������

�����������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

����������������� ���������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

����������������������������

�������������

��������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
�������������������������
����������������
�������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������

近藤��������������������������
�������

�������������
��������������������������

��������������������������

������������������������

��������������������������
��������������������������

�������������������������

�����������������HEL�������

�������������������������

����������������������8.8GPa����������������������������

���������������������12-15GPa��������������������������

�������������������

��������������������������

������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���� ����������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�

79

s
/U

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������

���������������������������
��������������������������

/��������������������������

U���������� �������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
�������������������������
�������������������������

���������������������������

�������������������������
���������
��������SiO4 ���������������

������������

����������������������������� �������������������������

�����SiO4 ������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������120���������������������������

�180������������������144������������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

�������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������

�������������������������

������������

��������������������������� �������������������������

��������������������������

��������������������������

������
�������������������������

���������������������������

��������������������������
80

�

/
sU

����������
��t = � / 4Ds
2���������������������������
�������

(1)(2���������������������������

�������������������������������
/���D���������

��������������������������

U��������������������������

�������������������������

���m�������������Us����� ������

��������������������������

�����������

��������������������������

���m = �• / Us��������������������������

(2)����������������������������c����������������������������

���������

��������������������������

��c• •= 4D• / Us�������������������������

(3)�����������������������������

������������������������

���������� ������������������

�������������������������

�����������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

�����������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������

��������������������������

������������������������

����������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

�������������������������

������������

��������������
������������������������
���������������������������

��������������������

��������������������������

�������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������

���������������������������

�������������������������

��������������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

�������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������

�

81��������������
������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
�������������������������
���������������������������
� �

ms

�s

ns

ps

fs

as

��
m

���� �������������

mm� � � � � � ���������

��(����)

��������������������������� � � � � � � � �������
�mnm� � � � ��� � � �������

���������������������������� � � � � � � � � � � � �������

���������������������������� � � � � � � � � � � �����������

�������������������������� � � � � � � � � � ������������
pm������������������������������ � � � � � � � � ����������������������������

���������������������������

���������������������������

������

�������������������������

������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

�����������������

�������������������������

�
�
����

���������������������������
�������������������������
�������������������������

����� ������� ��� ���� ���� ��� ��������� ���������� ���������
���������������������������������������������������������
������������������������������������

����� ������ ���� ��� ������� ������������ ����������������
�������� ��������� ��� �� ������ ����������� �������� �����������������������������������

�������� ������������������� ����������������������������
��������������������������

����������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������������������
�����������������������������
��������������
������������������������
�������������������������� �� ����������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
82

�

�
�

���������������
��������� �����������
Soft Phonon Mode
- X-Ray Thermal Diffuse Scattering for 1T-TaS2 ������ ������
��������������������������������
������������������� �������������������

We have studied the dispersion curves of phonons by means of synchrotron x-ray thermal diffuse scattering (TDS),
which relates quantitatively to the frequency and wavelength of traveling elastic waves in a crystal and gives thephonon dispersion curves. The TDS intensity of the incommensurate phase was measured at the BL-10A station of
Photon Factory. A single crystal of 1T-TaS2 synthesized by the chemical vapor-transport method was mounted witha small furnace in a vertical-type four-circle diffractometer. A satellite reflection was observed at q = 0.28a* + c*/3.
The TDS intensity around the 1 -1 0 reciprocal lattice point was measured within the temperature range between 300
and 460 K. The thermal vibration of the lattice can be described by a linear superposition of elastic waves. Leastsquares analyses in terms of lattice dynamics yielded the dispersion curves of phonons, which revealed the Kohn
anomaly both in the longitudinal acoustic (LA) and transverse acoustic (TA//) modes. It is suggested that the rotationof the ordering vector in the nearly commensurate phase at low temperature is triggered by the softened (TA//) modes.

Key Words : 1T-TaS2, charge density wave, x-ray thermal diffuse scattering, soft phonon mode������� ����������������������� �������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������Chiang������������������������

�������Advanced Photon Source (APS) �����

����������������������������

���Si, Nb, TiSe2��������������������

������������������������meV�� �������������������� �������1T-�������������������������TaS2 ��������CDW��������������

���������������������������

���������������CDW���������

��������������������������

���������CDW��������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

������Peierls����������������

�����������������

���������������������� ������������������������

��������������������������

���������������������������

��1T-TaS2

���������TDS�������������������� ���������������IV, V, VI������
���M������X����MX2���������

��������������������Cu, Al, NaCl����������������

���M������������X����������

keV�������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������� �����������

�������CDW��������������

��������

������������������������������

83

�

佐々木

������

���������������������
� 1T-TaS2�����������������CDW���������������������������

������������ �����������������

���������������������������

� 1T-TaS2����������������������

���������������������������

�������120������������CDW��������� �(q) �� q = 2kF �������CDW��������������� Incommensurate�������

����������������APW��������

������������� q = 0.28a� ���������

�����������������

���hk��h k l���������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�

���������������� 0.28a� �������� � � � � � � � � � � � � � ��� � Nearly commensurate
CDW����������� q = 0.245a� + 0.068b* ���������������������������
Commensurate CDW���� (a�+ b*)/ � 13������
�������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

����������������������������

�� CDW�����������������������
������������1T-TaS2 ����������
��������Normal��T = 540 K�� Incommensurate
CDW����T = 350 K�Nearly commensurate CDW����T = 190 K�Commensurate CDW��������
�����Incommensurate CDW������������
��������������������������

������������������� ����������� �����������������������Commensurate�CDW�����������

�������

� 1T-TaS2�Commensurate CDW�����������
���������������������������� �����������������5�5�0.2 mm3 ���������������12��������Nearly

1T-TaS2�������������������������

commensurate CDW�������������CDW������������������AFC-7R������

���������������������12�����

������������a = 3.36 Å, c = 5.89 Å����� � � � � � � � � � � � � � � � � � T = 190 K �������P -3 m 1 (No. 164)������

Commensurate CDW��������� �����Photon Factory�������BL-10A���

�
�
�
�

Si(111)�����������1.39 Å��������
��������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
84

�

�
Incommensurate���Nearly commensurate������

�������������Incommensurate ���Nearly�����440 K��300 K�������0.12�0.12 mm2commensurate �����������������12��������������TDS������������

���������������

����������������������He�������������������� 1 cps �������
�����������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

�
����������������

������� � � � � � � � � � � � � � � � � � ��� ����Born and von Karman���������TDS� �������1 -1 0 ���������������

��������momentum transfer���������

��Incommensurate����������

���������������ITDS(q) ��������

�������Fj (q) ���

K = [1 -1 0] + q
q = 0.28 a* + c*/3

(1)���������������K��������q�
momentum transfer���������Bragg�������
��������������������������
����������TDS��������������
���������'-M'����TDS�������

������������������n���������Ta������S������j����������������
���������������������������
������������� ����TDS������������������
���������������������������
���������qx = 0.28������������
�LA�����b* ��������TA//�����������

����������������������LA����������������� ��� ���������qx = 0.28������������������� �������������������������

����������LA��������������

���������350 K��������������

����

�

85

�

�������'-K'-K'�����������������

������������������������

������������������

�������������TDS� �������������� �����������������
����� ������������������������� �����������Incommensurate�������

���������������������������������

�������������������������

���������������

��������������T = 300 K��������� ���Incommensurate�������T = 360 K����������Nearly commensurate �����������

�����������������'-K'-K'��LA�������������Incommensurate���������

������������LA����qx = 0.28�����

����������������Nearly commensurate������������Incommensurate��������
�����������������qx = 0.28������

����300 K���������������LA����

K'��������������������������'-TA// ������������������������qx =K'-K'��TA//�����������������11��

0.28 ����LA�������������������
������������������LA���������

��TA//������'��������0.28a*������� � � � � � � � � � � � � � � � LA � � � ���������������Incommensurate�����

Incommensurate��������������������

���������������������������

��������������������������������TA//����T = 200 K���Commensurate������������������������������
��������

��������'-K'-K'�������������������� ��������������������������
�������������������qx = 0.28����
LA��������������������TA//����������� �������������������
��������������� �����

��������������������������

��
86�����TDS�������������������
���������������������

�

�
�

� �������������������������
���������������������������� �����������������������������������������
���������������������������
�����������������������������
���������������������������
������������������������������ �������������������������� �������� � � � � � �� � � � � � �������������� � � � �������
������������� �������������������
�������������

�� ��������������������������
������������������������
�����������

���������� ����� �����������������
�������������������������
��������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
������������������������������

������������������������
�������������� ����������������������������
�� q = 2kF� ������������������������

�

�-M-K ����������������������
�������������� qmin �� q �����������
���������������������������

�
�
�
�
�

��������������������������
�����������������Incommensurate����Nearly commensurate ��������������
����������������
���������������������������������
��������������� ����������� ���������� �-M-K ��� q = 2kF� �������
������Incommensurate��Nearly commensurate �����������������LA����TA//������

����������������������'-M'-K' �������� � � � � � ������� � � � � � � � � � � � � � �����������������������������

������������������������ ������������� �����
��������������������������
������������������������������
�������

�

87�������������������Ta��������
���������LA�����������������
�����Incommensurate CDW �����������
TA//�������������������������
�����������CDW�������������
�������Commensurate CDW ���������
����������������������������
���Mattheiss�������������������
������������������������ �����������������������������������

1T-TaS2���������������������� �������������LA����TA//�������

������������������������������C����������������������

��������������������������

Incommensurate������������������

Photon Factory�PAC���2001G048���������

��������Nearly commensurate ��������

��������������������

�������������������������

�
�
����

�����

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
������'-K'-M'������������ �����
�����������

�
�
�
����

Waller, I., Z. Physik, 51, 213 (1928).

2)

Laval, J., C. R. Hebd. Seances Acad. Sei., 207, 169 (1938).

3)

Born, M. and Begbic, G.H., Proc. Rpy. Soc. (London),A188, 179 (1946).

4)

Jacobsn, E.H., Phys. Rev., 97, 654 (1955).

5)

Walker, C.B., Phys. Rev., 103, 547 (1956).

6)

Buyers, W.J.L. and Smith, T., Phys. Rev., 150, 758 (1966).

7)

Holt, M., Wu, Z., Hong, H., Zschack, P., Jemian, P.,
Tischler, J., Chen, H., and Chiang, T.-C., Phys. Rev. Lett.,
83, 3317 (1999).

8)

Holt, M., Czoschke, P., Hong, H., Zschack, P., Birnbaum,
H.K. and Chiang, T.-C., Phys. Rev. B, 66, 064303 (2002).

9)

Holt, M., Zschack, P., Hong, H., Chou, M.Y. and Chiang,
T.-C., Phys. Rev. Lett., 86, 3799 (2001).

10) Wilson, J.A., DiSalvo and Mahjan S.., Phys. Rev. Lett., 32,
882 (1974).
11) Mattheiss, L.F., Phys. Rev. B, 8, 3719 (1973).
12) Scruby, C.B., Williams, P.M. and Parry, G.S., Phil. Mag.,31, 255 (1975).

� ������T = 350 K���������������������
�������������������������

13) Endo, T., Nakao, S., Yamaguchi, W. Hasegawa, T. andKitazawa, K., Solid State Commun., 116, 47 (2000).

��������������������������
�����������������TDS�������

14) Ziebeck, K.R.A., Dorner, B., Stirling, W.G. and
Schollhorn, R., J. Phys. F, 7, 1139 (1977).

�������������������������
���������������������������

15) Williams, P.M., Parry G.S. and Scruby, C.B., Phil. Mag.,29, 695 (1974).

������ ����������������������� �� �����
�����LA����TA//����������������

88

1)

�

�
�

�������������������������
Thermodynamic Study of the Formation and Growthof Ferroelectric Nanoregion in Relaxor Ferroelectrics
�

�

�

�

���� �� ���� �� ���� �� ���� ���������������������������������������������������������������
��������������������������������������������������

The mechanism of the characteristic dielectric response in lead-based complex perovskite relaxors is investigatedfrom a thermodynamic point of view. The heat capacity anomaly of typical lead-based complex perovskite relaxors
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 and Pb(Mg1/3Ta2/3)O3 found in a very wide temperature range around room temperature wasdiscussed in terms of the formation and growth of ferroelectric nanoregions in a paraelectric matrix. The changes in
the ferroelectric phase transition behavior of Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 were also systematically studied with respect tochanges in the degree of B-site cation ordering.

Key Words : Relaxor, Ferroelectric nanoregion, Perovskite, Heat capacity, Phase transition

�''������������������������������ �������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

�������������������������

��������������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

����������������'�''������������

��������������������������

��������������������������

���������������

���������������������������� �������������������������

�������������������������

�������������������������

�����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������

����������������� ����� ������� �������������������'�''��� �����

����������������������������

�����������������'��''����������

�������������������������

�������'���� �''�����������������������
���������������������������
��������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��� � � � � � � � � � � � ��������������������� ������������������������ ������� �� ���������
������������������������������ � � � � � �' � �'' � ��� � � � � � � � � � ����'������Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 � Pb(Mg1/3Ta2/3)O3 ������
��������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
�����������������������������

89

川路������

�������������������������������
�������������� ��� ������������
������������������� � ����������
��������������������������
������

���������������������� �����

������������������������������
�����������������������������
���������� ������ ������ �����������������
������� ������������� ����������� �����������
������������������������������ ������ ����� �����������������������������
���������������������������
�������������������������

15���������� ������������������
��������������������� ��������

��������

�', �" / 103�����������������������������

PMN

10

�����������������������������������
������������������������ ������

�'� �����������������������������
��������������������������

1 kHz to 1 MHz000���������������������������

PMT

5

1

���������������������������

1 kHz to 1 MHz

�"

PMT

PMN
1 kHz to 1 MHz

1 kHz to 1 MHz

100

200

300

400

T/K

��������������������� ������ ������
����������������� ������������ ������ ��� ��� �����

���� ������������������������
������������������������������
��������������������������

150���������������������������

15R ~ 124.72 JK-1mol -1

��������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
�������������������������

Cp / JK-1mol-1������������������������������

100

50
PMN
PMT

�����������������������������
�������������������������
�����������������������������
��������������������������

0
0

100

200
T/K

300

400

�������������������������
���������������������������� ������ ��� ��� �����

���� ������������������������
���������������������������

���������� ���������������������

������������ ����������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

�������������������������

����������������������� ������������������������������

���������������������������

90�
�������������������������

700��������������������������
�������������� �D �����

� T � �D T x e�� �
C v � 3nR��
dx�
2
ex �1
� �D � 0
4

�

600

x

�

��������������������������
������������ �D �������������

PMT

500

�D / K

3

Ba(Mg 1/3Ta2/3)O3 (BMT)

PMN

400
300

����� �D �������������������

������������� �D ������������

200��������������������� �D ��

0��������������� �D ���������

100��������������������������������������

200
T/K

300

400

� ������ ��� ��� �������

��������������������������
�������������������������

��������������������������

15

�' / 103����������������������������
����������������������� �D ����������������������������
���� ��� ���� ��������������������
���������������������������
������������� ����������������

-1

�Cp / JK mol����������������������������� ��������������� ������������� �D-1����������������������������

�'

10
5

PMN
PMT

0
6
4

PMN

PMT

�Cp

2
0
0

���������������������������

100

200
300
T/K

400

500

� ������ ��� ��� �����������

������������������ ����������
��������������������������������
��������������������������������
�����������������������������

PMN

0.2

���� ������������������������
���������������������������
����������������������������

ratio��������������������������

PMT

0.1

�S/Rln8
VFNR/V�S/Rln8�������������� ���������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������

0
0

100

200

300 400
T/K

500

600

��������������������������
���������������������� ������
������������������������������ ��� ��� ��� ��� ���� ��� ��������� � ������ ����� � ��������������

��������������������������
�������������� � �����������������������������

�������������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������

������������������� ����������

�����������������������������

��������������������������������

91�
�� Pb(Sc1/2Ta1/2)O3 ��������������
������������

150

15

���������������������������� �� �����������������������
��������������������������
���������������������������

Cp / JK-1mol-1

� ���������������� ��������������������

100

10
�'

50

5

1 kHz to 1 MHz���������������������������

�' / 103

Cp������ ������ ������������������

00�������������� ����������������
�������������� ��������������
�������������������������

100

200
T/K

300

400

0

� ������� ��� ���������

��������������������������
���������������������������

150��������������������������

15����������������������������

100�������������������������
��������������������� �D �������������������������������

10
�'

50

5

1 kHz to 1 MHz���������������������������
������������ ���������������

00���������������������������

100���������������������������
���������������������������

200
T/K

300

400

� ������� ��� ���������

���������������������������
������������������������
����������������������������

600������������������������������������
�������������������������
����������������������������
�������������������������
���������������������������

�D / K����������������������������

400

200

�������������������������
����������������������������
���������������������������
��������������������������

0
0

100

200
T/K

300

400

�������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������

92

� ������� ��� ������� ��� �������

0

�' / 103

Cp / JK-1mol-1

Cp���������������������������

�
�����
� �����������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������������
���������������������������
����������������������������
��������������������������
�������������

�
����
1)

Cross, L. E.: Ferroelectrics 76, 241, 1987.

2)

Smolenskii, G. A., Isupov, V. A., Agranovskaya, A. I.
and Popov, S. N.: Sov. Phys. –Solid State 2, 2584, 1961.

3)

Randall, C. A. and Bhalla, A. S.: J. Appl. Phys. 29, 327(1990).

4)

Cross, L. E.: Ferroelectrics 76, 241 (1987); ibid 151, 305(1987)

5)

Viehland, D., Jang, S. J., Cross, L. E. and Wuttig, M.: J.
Appl. Phys. 68, 2946, 1990.

6)

Viehland, D., Li, J. F., Jang, S. J., Cross, L. E. and Wuttig,
M.: Phys. Rev. B43, 8316, 1991.

Gavarri, J., Hewat, A.W. and Morell, A.: J. Solid State
Chem. 91, 350, 1991.
14) Mathan, N., usson, E., Calvarin, G., avarri, J. R., Hewat,
A.W. and Morell, A.: J. Phys.: Condens. Matter 3, 8159
(1991).
15) Fujishiro, K., Uesu, Y., Yamada, Y., Dkhil, B.,
Kiat, J. M. and Yamashita, Y.: J. Korean. Phys.
Soc. 32, S964 , 1998.
16) Burns G. and Dacol, F. H.: Solid State Commun.
48, 853, 1983; Phys. Rev. B28, 2527, 1983;
Ferroelectrics 104, 25, 1990.
17) Hilton, A. D., Barber, D. J., Randoll, C. A. and Shrout, T.
R.: J. Mater. Sci. 25, 3461, 1990.
18) Bursill, L. A., Qian, H., Peng, J. L. and Fan, X. D.:
Physica B216, 1, 1995.
19) Yoshida, M., Mori, S., Yamamoto, N., Uesu, Y. andKiat, J. M.: Ferroelectrics 217, 327 (1998); J. Korean
Phys. Soc. 32, S993, 1998.
20) Husson, E., Abello, L. and Morell, A.: Mat. Res. Bull. 23,
357, 1988.
21) Chen, J. Chan, H. M. and Harmer, P.: J. Am. Ceram. Soc.
72, 593, 1989.
22) Schrout, T. R., Huebner, W. and Randall, C. A.: J. Mat.
Sci. 25, 3461, 1990.
23) Boulesteix, C., Varnier, F., Llebaria, A. andHusson, E.: J. Solid State Chem. 108, 141, 1994.
24) Newnham, R. E.: NIST Spec. Publ. 804, Chem. ofElectronic Ceram. Materials, Proc. Inter. Conf.
39 ,1991.

7)

Viehland, D., Wuttng, M., Cross, L. E.: Ferroelectrics, 120,
71, 1991.

8)

Blinc, R., Dolinšek, J., Gregorovic, A., Zalar, B., Filipic,
C., Kutnjak, Z., Levstik, A. and Pirc, R.: Phys. Rev. Lett.
83, 424 , 1999; J. Phys. Chem. Solids 61, 177, 2000.

25) Moriya, Y., Kawaji, H., Tojo, T. and Atake, T:
Phys. Rew. Lett. 90(20), 205901(1-4), 2003.

Pirc R. and Blinc, R.: Phys. Rev. B60, 13470, 1999.

27) Setter, N. and Cross, L. E.: J. Mater. Sci. 15, 2478, 1980.

10) Westphal, V., Kleemann, W. and Glinchuk, M. D.: Phys.
Rev. Lett. 68, 847, 1992.

28) Setter, N. and Cross, L. E.: Ferroelectrics 37, 551, 1981.

9)11) Uesu, Y., Tazawa, H., Fujishiro, K. and Yamada, Y.: J.
Korean. Phys. Soc. 29, S703 ,1996.
12) Bonneau, P., Garnier, P., Husson ,E. and Morell, A.:
Mater. Res. Bull. 24, 201, 1989.
13) Bonneau, P., Garnier, P., Calvarin, G., Husson, E.,

26) Setter, N. and Cross, L. E.: J. Appl. Phys. 51, 4356, 1980.

29) Stenger, C. G. F., Scholten, F. L. and Burggraaf, A. J.:
Solid State Commun. 32, 989, 1979.
30) Stenger, C. G. F. and Burggraaf, A. J.: Physica Stat. Sol.
A61, 275, 1980; ibid. A61, 653, 1980.
31) 31) Moriya, Y., Kawaji, H., Tojo, T. and Atake,T.: Trans. Mater. Res. Soc. Jpn., 27[1], 287, 2002.

93����������������������
Phase transition dynamics by laser shock wave��������������������������
��������������

Dynamics of materials under high pressures has been studied by using laser-induced shock wave. Shock wave isgenerated by focusing pulsed laser beam onto the sample. Shock wave generates high pressure over 1GPa at laser
intensity of 10 GW/cm2. Phase transition of polytetrafluoroethylene and benzene under laser shock compression is
studied using nanosecond time-resolved Raman spectroscopy. Shock wave propagation inside the silicon crystal is
directly monitored by picosecond time-resolved X-ray diffraction using laser-plasma X-ray sources.

Key Words : shock wave, femtosecond laser, X-ray diffraction, Raman scattering��������������������������

������� ������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
�������������������������
���������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
�������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
�������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������

������������ ������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������

� 94����������������������������
�������������������������
��������������������������
����������������������������
�������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � �� ������� �������� ���������� ��� ��������� ���������������
������������������������������
�������������������������
��������������������������
����������������������������
�������������������������������
�������������������������
������ ������������������������
���������������������������
���������������������������
�������������������������
����������������

��������������������� ������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
��������������
������������������

����������������� ��������������������������� ������������������������

�����������������������������

������������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
����������������������������
�������������X������ ������������������������
����������������������������
�������������������������
��������������������������
���������������������������� � ������������������������

��������������������������
��������������������������

��������������������������
�������������
���������������������������
����������������������������������������
�����������������������������
�����������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������

���������������������������
���������������������������
���������������

������������������������ ������������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������

���������������������������
���������������
�
�

中村

�
��� ����������������

��������������������������
������������������������������ ������������������

���������������������������
�������������������������������
����������������������������������
95�������������������������
�������������������������������

����������������� �������������������������������

�������������������������� ��� � ���������� � � ��� � ���������� � � � � � � ���������������������������

�����������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

�����������������������������

����������������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

����������������������������

���������������

��������������������������
������������������������������� � � � � � � � � ���� � � � � � � � � ��������
�����������������������������������

X-ray intensity (arb. units)

20
X-ray pulse width
FWHM=6ps

15
10
5
0
-20

0

20

40

60

Time (ps)����� ������� � ���������

��������������������������� ���������������������
����������������������
�������� ��� ������������
����������������������
���������������������� �������������������������
����������� ��� ���������
��������������

������������������������������� ������������� � �������������

�������������������������� ���������������������������
�������������������������������
���������������������������
��������������������������������
����������������������������
����������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
�������� ����������������������
������������������������������

� 96����������������������������� ��������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
������������������������������
�������������������������
����������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������

3

13x10

���������������������������

12� �������������������������
�������������������������� �����
�����������������������������
�����������������������������
����������������������������
�������������������������
�������������������������
���������������������������
���������������������������
�������������������������
������������
���������������������������

3

14x10

11
10

12

9
10

8
7

8

6
5

6

4

Delay time (ps)Diffration X-ray Intensity (arb. units)����������������

4

3
2

2

1

�

� ���� ����������������� �����

0����������������������������
���������������������������

35.8

36.0

36.2

36.4

0

Diffractionangle (2�)���������������������������������� ������������� ���������

���������������������������

������� � ��������������������������������
������������������������������� �����������������������������

����������������������������

������� �����������������������

��������������

���������������������������� ����������� ��������������������

������������� �� ������������

��������������������������������

�����������������������������

�������������������������������

��������������������������

������������� ��������� ��������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

�������

������������������������������� ��������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������

����������������������������

�
��

��

��������������� ������������� � � � � � � ���� � � � � � � � � � � � � � �������������������������������
�������������������������
��������������������������
���������
���������������������������
�������������������������
���������������������������
��������������������������
���
�
97

����
1) H. Nagao, A. Matsuda, K.G. Nakamura, and K. Kondo:
Nanosecond time-resolved Raman spectroscopy on phasetransition of polytetrafluoroethylene under laser-driven
shock compression, Appl. Phys. Lett. 83, 249 (2003).
2) A. Matsuda, K.G. Nakamura, and K. Kondo: Time-resolved
Raman spectroscopy of benzene and cyclohexane underlaser-driven shock compression, Phys. Rev. B 65, 174116(2002).
3) Y. Oishi, T. Nayuki, K. Nemoto, Y. Okano, Y. Hironaka,
K.G. Nakamura, and K. Kondo: Production of relativistic
electrons by irradiation of 43-fs laser pulses on copper film,
Appl. Phys. Lett. 79, 1234 (2001).
4) T. Fujii, Y. Oishi, T. Nayuki, Y. Takizawa, K. Nemoto, T.
Kayoiji, K. Horioka, Y. Okano, Y. Hironaka, K.
G.Nakamura, and K. Kondo: MeV-order Proton and carbon
ion acceleration by irradiation of 60-fs-TW-laser pulses onthin copper tape, Appl. Phys. Lett., 83, 1524 (2003).
5) Y. Fujimoto, Y. Hironaka, K.G. Nakamura, M. Yoshida, M.

�

� 98

Ohtani, H. Tsunemi, and K. Kondo: Spectroscopy of hard xrays (2-15 keV) generated by focusing femtosecond laser on
metal targets, Jpn. J. Appl. Phys. 38, 6754 (1999).
6) M. Yoshida, Y. Fujimoto, Y. Hironaka, K.G. Nakamura, K.
Kondo, M. Ohtani, and H. Tunemi: Generation ofpicosecond x-rays by tera-watt laser focusing on a copper
target, Appl. Phys. Lett. 73, 2393 (1998).
7) Y. Hironaka, A. Yazaki, F. Saito, K.G. Nakamura, H.
Takenaka, M. Yoshida, and K. Kondo:� Evolving shockwave profiles measured in a silicon crystal by picosecond
time-resolved x-ray diffraction, Appl. Phys. Lett. 77, 1967
(2000).
8) K. G. Nakamura, Y. Okano, H. Kishimura, Y. Hironaka, andK. Kondo: Picosecond time-resolved X-ray diffraction oflaser shocked germanium crystal over Hugoniot elastic limit,
Jpn. J. Appl. Phys. 43, 5477 (2004)����������������
Comprehensive Methodology for Passive Control Design���������������������
���������������

�
�
Passive control scheme has established its status as a viable means to enhance seismic performance of buildings. In
this scheme, the damper connected to the structural frame dissipates the seismic input energy, thereby reducing the
kinetic energy and vibration of the building. This paper briefly explains mechanisms of dampers and frames, aswell as comprehensive design methodology for various types of passively controlled buildings.

�
Key Words : Passive Control, Dampers, Frames, Energy Dissipation, Vibration Damping���������

�������

��������������������������

������������������������

������������� �� ���� �� ���� �� ����������

�����������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������������������������������

����������������������������

��������
��������������������������

��������������������������
���������
������������������������
���� ��

����������������������������� �������� ����� �� ����������
������ �����������������������
���������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

����������������������������

������������������

���������������������������

����������������������
�����������������������
�������������� � ��������� ��������������������������
�����������������������
�����������������������
��������������������������
�����������

��������������������������������
��������������������������
���������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
�������������������

������������������������
��������������������������
���������������������������Dh �

1 � 25h0������� �� �����
1 � 25heq

笠井

�
����

99

�
Sd
� ����� ���� ������
���
�
�
�
Teq
Tf
�
Spv
�
�
�����
�
����
���
�
��������TeqTf�
Spa ho=2%������
heq=20%��������������
�
���
�
Teq
Tf
�

��������������������������

h0=2%��������������������������

heq=20%����������������������������
���������������������������
�����

T
ho=2%
heq=20%

T

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

T

����������� ������������������� ����������������� ��������

��������������������������
���������������������������
�������������������������
�����������
������������������������������

������������������������������
������������� ������ ��������������������
�����������
�����������������������������
����������������� ���������������
�����������������������������������
���������������
���������������������������
���������������������������
������������������������������
��������������

�����������
��������������������������
��������������������������
�����������������������������
�������������������������
������������������ �������������
��������������������������
���� ��

���������

��������������������������
��������������������������
��������������������� ����������
�������������������������
100

���

����������������������������� ���� ������ ������ ��� ��������������

���������������

���������������������������
��������������������������
����������������
�������������� ����� �����������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
������� ��������������������������

�
�
����
�
�
�
�
�
�

����

����

����

(a) ������
����
����

�
�
�

�
�
�
�

Kb
����

Kf

(b) ������������ �����������������

���������������������������

����������� ���������������������

�����������������������������

������� ���������� ����� ������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������� ������������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������

�������������������������
����������������

����������� ���������� � ������������ � �������� ����������� �����������

��������������������������

��������� �� � ���������������

������������������������������

�������� �� ��� ���������������������

�����������������������������

������������������������ �� ����������������������������

����������������������������

�������������

����� ��������������

������������ ��������� � ��� ���������

�����������������
���������������������������
�������� ������� ���������������������

����������
������ ���� �� ����������������
������������������������������� ������� ����������������������
����������������������������
����������������������

��������������������������

�������������������������

����������������������������� �� ����������������������������

�������������

������

���������� �������������������
��������������������������

�������������������

���������������������������

������������ �������� ���������

��������������������������

�������������������������

�������������������������

���������������������������

����������������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

��

���

�
�
ua (=u)�ua (=u)
ub
um
�
ub
ud
ub*
ud
�
�����
�����
�����
�����
� ���
�
�
Kd
Kb
Kb Kd Cd ������
�����
�
���
Kb*
�
Ka
�
ua (=u)ua (=u)
�
ub
um
�
ub
ud
ub*
ud
�
�����
�����
�����
�����
Cd (�) � ��
�
K
(�)
d
�
Kb
Kb Kd Cd ����
�����
�
���
K
*
b
�
��� ��������������������
�
101��������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

������

���������������������������

�������������������������

����� � �������������

�����������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

������������� ����� �����������

�������������������������

��������������������������

�����������
������������������������

�����������������������������
����������������������������

��������������������������

���������������������������

����� �� �������� �� ����� � � � �����

��������������������������

����� �� �������� �� ����� � � � �����

���������������������������

����������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

����������������������������

���������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������� � �����������������������������

���������������������������

����������������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

�

���
���
��� �
�
Fd
Fd
Fd
Fd
�
�����
�
���
ud
ud
ud
ud
�
�
Fa
Fa
Fa
Fa
�
���
�
�������
� ua
ua
ua
ua
�
�
F
F
F
F
�
����
�
�������
u
u
u
u
�
�
�
�
��������������������������
� ��Fd = Fa������������������������������ � ua = u���� �����������������������������������������
������
��

102�������������������������
�����������������������
�����������������������
���������

����������������������������

��������������������������

������������������������� ����������������������������

������� �������� ���� ��� �����������

���������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������
�������������������������
����������������� �������� ������
����������� ��������� ��������������������

���������������������������

������������������� ������ � �����������������������������

������������ ����������� �����������

��������������������������

���������������������������� ���������������������������

����������������������� ��������

����������������������������

���������������������������

���������������������

�����������������������������

3

�����

4

1
8
20

0.5

��
����
0

0

0.2

0.5

K a / Kf

0.6

0.8������� Ra

1
0.05

5

0.1
0.5

0.3

���
����
0

0.2

5

0.5

2

0.3

0.5

1

0

0.2

0.4

0.2

K”d1 / Kf

0.6

1.5

10

0

0.05
0.1

0.2

K”d / Kf

0.6����� Rd

0.8

5

10

3

2

1

10

1

Kb*/ Kf
0.5

�����

1
5

2

0.5

1

0.5

0.3

0.2

0.1

0.05

K”d / Kf������

(Kb / Kf = 10)
0.4

0.8

����� Rd

0.3

1

10

2

3

5

�����

0.5

10

0

1

�����

3

1

����� Rd1

0.5

Kb*/ Kf 1

���
����

0.4

�d
1.5

4

9

1

2

0.5

������� Ra

1.5

Ra

1.5

1

�������

������� Ra

1.5

�� 2

2

1

0

0

0.2

0.4

0.6

����� Rd

0.8

1��� ���������������������������������������������������

103������������������������ ����� ���������������������� ��������������

������������������� �����������
����������������������������������
��������

����������������������������
�������������

���������������������������
����������� ���������������
������������������������

��������������������������
���������������

����������������������������
�����������������������
������������������������������
��������������

�������� � ��������������������
���� ���������������������
�����������

�������� � ������������������
�������� ������������������
��������������

�������� � ������������������
�������� ������������������
��������������

�������� � �������������������
���� ���������������������
�����������

��������� � �������������������
����������������������������� ���������
��������������������������
������������� ������� ���� �� ����������
��������������������������
��������������������������
���������� ���� ����������� ���������
����������������������������
���������������������������
���������������� ���������������
�������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
�������
������������������������������������������
����������������������������

���������������������������
����������������������������
�������������������������
�������������������������
������

�������
�������������������������
��������������������������
�������������������������
��������������������������
������������������� ������� ��������
��������������������� ����������

10) Kasai,K.,Fu,Y.M., Watanabe,A., "Passive Control Systems
for Seismic Damage Mitigation", J. of StructuralEngineering, ASCE, Vol.124, No.5, pp.501-512,1998.
11) Fu, Y. and Kasai, K. : Comparative Study of Frames Using
Supplimental Viscoelastic and Viscous Dampers, Journalof Structural Engineering, ASCE 122 [10], 513-522 (1998)��� ��������������������������
������������������������� � � � � �� � � � � �� � � � � � �� � � �������������������

���������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
�������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
��������� ������ �������� � ��������������
�������������������������
����������� ��������������
104

��� ������“������������������
��”������ ������������������
������������������������� ��������������������������
������������������������
���������� ��� ����������������������� ������������������������
������������������� ��������������������������
�����������������������
�����������������������������
������������

��� ����������������������������� ������������������������
�����������������������
�������������� ������������
����������������������� ��� ��������������������������������
���������������������� ���������������������������� ��������������������������
�������������������� ������
��������������������������
������ ������ ������ ���������
������������������������
��������
�������������������� ����������������������������� ����������������� �����������
��������������������� �����
��������������������� �����
����������������������������
���������������� ����������������������
����������� ���������������������������
���������������������� �����
���������������� ������������������������ ��������������������������
������������ �������������
������ ��� ������������������������ ���������������������������
������������������������
��������������������������� ��� ����������������������� ��������������������������
�����������������������
�������������������� ��� �������
������������������ ��������������������������
���������������������� ���������������������������������
����������� �������������������������
�������������������������
������������� ������������������������ �������������������������
������������������������ � � � �� � � � � � � � � � � � � �� ��� � ���������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
105

�
�

���������������� � ������� �
New Three-dimensional Observation Technique for Pore Sturcuture
in Hardened Cement Paste�������������������
��������������������������������������������������������
1�������������2����
3���������������������������������������

Mercury intrusion porosimetry is a widely used technique to determine the pore size distribution in porous materials.
However, the technique does not provide information about the shapes and locations of pores. Then, a new technique
is developed, in which gallium(Ga) is used as an alternative intrusion liquid because of its property of phasetransformation at normal room temperature (melting point:29.8�). This permits the examination of pores using
image analysis. This technique is applied to hardened cement paste. The distribution of solid Ga is observed throughan electron probe microanalyzer (EPMA). The developed technique is furthermore improved to obtain a threedimensional image of pores by stacking up two-dimensional images, and shapes and location of pores in various
cement paste are discussed.

Key Words : Pore structure, Three-dimensional pore image, Hardened cement paste, Gallium,
Electron Probe Micro Analayzer������
���� ��������������� ���������������������������
�������������������������
���������������������������
�����������������������������
�������������������������
���������

��
���

��
���

�����
����������

����

��

����

����

����

����
��

���

��

�����

������

����
��

����

������������������������
��������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������

���������������������������

������������������������

���������������������
�������������������������� ��������������������������

����������������������������

�����������������������������

����������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������

���������������������������

�������
����������

���������������������������

��������

�����������������������������
�������������������������
������������������������� ���106����������� �������������������������
�����������������

������
田中������������

������

�������������
�������

����
���
��

��

�
�

��

���

����

����

���

��������� ���������������

�����

���
��
���

��������������� � � � � � � � � ����
�

�����

���� ������������
�������������������
������
����������

������ ��������������

�����������������������������
���������������������������
���������������������������

������������������������������
��������������������������
����������

����������

������������������������������
������������������������������
����������������������������� �����������

���������������������������
�������������������������
���������������������������
������������������������

������������������� �������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
����������������������������
������ ��������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
������������������������������

����������������������������
������������������������ ���������������������������
����������������������������
�����������������������������
���������������������������
�������������

������������������� ��������������������������
����������������������������
���������������������������
����������������������������
�����������������������������
���������������������������
����
107

�

������

���������

������

������������

�����
��
����

����
����
��

��
�����

��
����

��������

��������

���� ����� �������������������� ���������������
�������������

��������
������� ������������������ ��������������������������
���������������������������
������������������������������ ������������������

����������������������������
���������������������������
��������������������������
����������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
�����������������������

�����������������������
�������

����������
��������

�������������� �������������������� ��������������������������

�����������������������

���������������������������� ��������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

������������������

������������������������������ ��������������������������
���������������������������
108�������
������������������� ��������

���������
������

������� ������ �����

�������������
���������

�

��
��

�
�
�
�
�
�
����

�
�� �������� ��������������

��������������������������
����������������������

����������������
����������

����������������� ���������������������������� ���������������������������

��������������������������

��������������������������

������������������

������������������������ ��������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
�����������������������������
��������������������������
����������
��������������������������� ��������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
����������������������������
�������������������������
���� ����������������������������
����������������������������

����������������

������������������������������ ��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

����������������������������

�������������������

��������������������������� �������������������������

��������������������������������� ��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

�����������������

�������

�

109

�

�

�
�

15

�

0�

�

150�

�

�� �������������������������� �������������������������� ����������������������� ������������������������

������������������������� ����������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������� �����������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������� �������������������������
110�� ���������������������������

�������������������������������

1)

F.M.Auzerais, J.Dusmuir, et al.: Transport in sandstone, A
study based on three dimensional microtomography,
GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, Vo.23, No.7,
pp.705-708, 1996

2)

E.N.Landis, A.L.Petrell, S.Lu and E.N.Nagy: Examinationof pore structure using three-dimensional image analysisof microtomographic data, Concrete Science andEngineering, Vol.2, pp.162-169, 2000

3)

D.P.Bentz, D.A.Quenard, et al.:Microstructure andtransport properties of porous building materials. � ;Three-dimensional X-ray tomographic studies, Materialand structures, Vol.33, pp.147-153, 2000

4)��������� 3 ���� CT �������
��� 3 ����������Vo.14, No. 10, pp.616620, 1992��������������������������
����������������������������

�
�����
�
������������������������������
��������������������
���� �������������������������
������������������������
�������������������������
��������������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

111

�

�

�����������������������
����������������������
Damage Control for Reinforced Concrete Beams
Using Prestressed Tensile Force����� ������� ����Shizuo Hayashi1�Keiichi Katori2���� ��������������������� �������������

��In order to use a building for a long time, it is necessary to keep the durability after the building suffers a smaller
damage caused by moderate earthquake motions. A building meets repeatedly moderate earthquake motions
throughout its life. To evaluate the damages caused by moderate earthquake motions and to control them are very
important.
We carried out several experiments concerned with the damage control methods for reinforced concrete members bypartially prestressed concrete.� Through these experiments, we can show the effect of introducing precompression to
concrete on the crack width control in order to keep the durability of column after moderate earthquake motions.

Key Words : Partially prestressed concrete, Beam with opening, Crack width control
�
�
�
�
�
������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������

�

�
112

�����

���������������

������������
���� ��������

������

������

���� ��������������

������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

�

����

� ����� �������

����� �������
������������������
���������������

�����������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������� ��������

������������������������� ��������

�������������������

���� �������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

�� ���������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

�

�����

���

�

�����

�������������������������

���������������������������

������������������������ ���������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

�

����

�

�
�����������

���������������
������

������

���� �����������

����������

�����
�����

���� ����������� � � ��� ��������������
������������������������������

���������������������������

�

�����

��������������������������

�

�����

���������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������� �林���������������

������
��������� ������������� �����������������������������

�������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

����������

����������������������

�

�
113

� ���������������������������

������������������������

���������������������������

�������������

���������������������������� �����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

�������������������������

������������

������������������������

�������������������������

�
�����

��������������������������� ������������������������� ������������������������

�����������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������

���������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � ������� ��������������
�
�
�
�
�
�
�
�
���� ������������������
�
�
�
�
�
�
�
����� ������������������
�������������

����������������������������
���������������

� �
�
�
�
�
���� ���������� ������
����� �������
������� �����������
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
���������� ������������������������
���������������������� ��������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
114

���������������������

��������������� ������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
�����������������������������
���������������������������
���������������������������
�������
��������������������������
��������������������������

��������������������������

�����������������������

��������������������������

�
�
� � �
�����
�
������
���
�
�
�
�
�
����� ������������
�
�
Fc30
Fc60
�
1.
�
7
�
1.
�
3
�
OC
0.
�
8
�
0.
�
4
0.
�
0
�
0.23
0.27
0.38
0.54
0.54
�
�������������
������ ������
�
�
�
�
+Q�
�
1000kN�
1000kN�
1000kN�
Actuator
Actuator�Actuator��
Reaction
�Specimen�Wall��
Reaction Slab������ �����
�
�
�
�
�
��
�
�
�
����������������� ���������
����������������������������

�����������������

�����������������������������

�����������������������������
����������������������������
��������

����������������������� �������������������������� ������������������� �������������������������
���������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

����� ������������������

����� ������������������

����� ������������������

115

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

����� ������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������������

���������������������������

�������������������������

������������������������������

����������������������������

���������������������������

�

����

�

�

�

�
�
�
�
�
� �����
�
�
�
�
�
�
�

�����

�
�
�
�
�

�����

������

�
�
�
�
�
�

����� ��������

��������������� ��������������������������
���������������������������
��������������������������
�������������������������
����������������������������
��������������������������
�������������������������
���������������������������
������ �������������������������
����������������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

����������
1.5���������
1.0

0.5
0.0
0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

�

��������� ������

����� �������������������

�
116

�����

�

�

�����

����� ������������������

����������� ������

������ �������������������

�������

�����������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

������������������

�������������������������

�����������

����������������� �������������������������� ������������������������

������������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

������������������������

�������������

����������������������������

��������������������������

�����������������������������

�����������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

������������������������

�����������������������������

�����������������������������

���������������������������

������

����������������������������������
�������������������������
������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�������������� ���������������
�
�
�
�
�
�
�
�
�
���������� ��� ������������
������ ���������
��������������

����������������������������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

���
��������
�����������

���
�����
�����
���

�������
��

���

����

���

���

���

���

���

��������������
�������������
����� ��������������������

���������������
�����������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
����������������������������

�
117

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

�� ����� ���

����� ����������������� �������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
�������������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������������������
������������� �

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

����� �� ���������

���� �������������

118

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

����� �� ���������

����� ��������������� ����� ���

����� �� ����������� ����� ���

����� �������������

������������������������

������������������������������� ������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

����������������

��������������������������

�������������������

�����������

�������������������������� ������������������������
������

���������������������������������
�����������������������������
�� 0.092ku k p ( Fc � 18)
1.61H
Q �
(1 �
) � 0.85 pw� wy � p p� py �bj �
� su �� M /(Qd ) � 0.12D����������
����������������
���������������
�����������������
�������������
��������
�� ��������� ������ ����������������� ����������������� ����������� ���������������� ����������� ������ ���������������������������

�������������������������

�������������������������

�������������������������
��������������������������
��������������������� �������������������������
��������������������������
�������������� �������������
���������������������������
�������������������������
��������������������������
�������������������������
�������������������������
�����������������������

�
����
��

��������������������������
�����������������������������
�����������������������������
��������������������������
�������������������������

���������������������������
�����

��

�

���������������������������
������������������

600���� ����

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

��������������������������
��������������������������������

�������������������������
���������������������������

IC��
500

��

�����������������������

OC��

�����
��

��������������������������
������������������

400
��

�������������������������
�������������������������

300
200
200

�������������������������

������������ ������ �������
�������������
300

400
500
���� �����

����� �����������

119

�
�

�����������
Building Structures and Progress of Materials���� ��
�����������
����������� �����In the long human history, we have used many kinds of materials for constructing architectures and buildings. Soil,stone, timber, iron, concrete, steel and rubber have been used for and strengths of these materials were improved inrecent two hundred years and many changes of structural engineering have been attained. Not only strength but also
deformability of materials is important for the good performance of structures. Structures have to have strength anddeformability for the structural design and the seismic design also. Structural engineering using materials of timber,concrete, steel and composite materials are discussed.

Key Words :material, t imber, concrete, steel, building structure, strength, �� � � � � � deformability, stress, strain��������

��������������������������� � �������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������

����������������������������

���������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������������� ���������������������������
�����������������������������
�������������������������
�����������������������������
�������������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
�����������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
120

� ��� ��������������������������和田��� ���������������������������������������������������������������������������������������������

��������������
������������������������

������������������������
������������������������

���������������������������� ��������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������

��������������������������

�������������������������

�������������������������
�������������������������
������������������������
�������������������������
������������������������
������������������������

�������������������������
����������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
������������ �121��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������

��������������������������� ��������������������������

����������������������������

�����������������������������

��������������������������

����������������������������� ������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������� ��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������

���������������������������� ���������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

����������

��������������������������� ��������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������� ������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

����������������������������

������������

���������������������������� ������������������������

����������������������

��������������������������

������������������������

���������������������������� ��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������

���������������� ���������������������������� ���������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������
122����������������������������

����������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

����������������������������

����������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������������� �������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

������������������������

��������������������������� ������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������� ��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

������������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

������������������������

�������������������������

����������

���������������������������� �������������������������

�������������������������

�����������������������������

������������������������������

��������������������������

�����������������������������
123����� ���������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������������������

�������������������������

�����������������������

�������������������������� �������������������������

����������

�������������������������� �������������������������

��������������������������

����������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������� ������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������
���������������������������
��������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
�����������������������

���������������� �������������������������
�������������������������
��������������������������
�������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
��������������������������
����������������������������
����������������������������

�����������������������������
�������������������������������
����������������������������
���������������

124�����������������������������
����������������������������
���������������������������
���������������������������
������������ ��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

�������������������������� �������������������������

���������������������������

�������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������

��������������������������� �������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������������������

�����������������

��������������������������

������������������������

����������������������

���������������������������� ������������������������

�������������������������

������������������������������

����������������

������������������������������

������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������

�������������������������

���������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������������
����������������������������� ������� �����

����������������

��������������������������� �������������������������

���������������������� �� ������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

������������������������

��������������������������

����������

�������������������������� ��������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

�����������������������������

������

���������������������������� �������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

125���������������������������� ��������������������������� �������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

������������������������������ �������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������������� ��������������������������

��������������������������

���������������������������

������������������������������

��������������������������

������������������������

��������������������������� ������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������� ���������������������������

�������������������������

��������������������������

�����������������

���������������������������

������������������������������

����������������

�������� �������������������������� �������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

�����������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������������

�������

��������������������������� ������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

�������

��������������������������
�������������������������
����������
126����������������������
��������������
������������
����������

����

��

��������� ����������������

��������� ������������������
��������

���������� �����������������
������������

��������� ������������������
������������

��������������� ��������������

������� ��� ����� ���������� ���� ������ ���������� ����� ������
������������������������ �������� ������ ��������� ������������������������������������������������

����������� ����������������

���������������� ����� �������
����������������������

�������������������������������������������������������
���������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ����� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ������������������������������ ����������� ������������ ����� ������������ ����������� ��������������������� ����������� � ������� ��������� �����������������������������������

127

�
�

������������������
������������
Mechanical Properties of High Strength Concreteat High Temperatures������� �����
������������������ ����������� ������� ��� ������ ������� ���� �����������

The mechanical properties of high strength concrete at high temperature have been studied experimentally. � The
compressive tests were carried out with specified design strength of 60, 80 and 100 N/mm2.
For high strength concrete under heating conditions below 400�, the initial slope is steeper, and the limit of linear
response shows a higher percentage of the compressive strength. Also, the compressive strength decreases at 100�
during heating, increases up to at 200� and gradually decreases with further increase of temperature.
The formulation for stress-strain curves of high strength concrete were proposed in consideration of high temperature.
Also, the formulations for compressive strength, strain at maximum compressive strength and elastic modulus were
proposed in the same way.

Key Words : high temperature, high strength concrete, stress-strain relation, compressive strength,elastic modulus������

�������������������������� ������������� ����������������

�������������������������

���������������������������

����������������������������

����������������������������
��������������������������

�
�����

����������������������������

���������������������������

��������������������������

����������������������� �������

����������������������������

�������

���������� �������������������������

����������

���������������������������� ����������������������������

������������������������������

������������������������������������
���������������������������
��������������������������
�������� ��������������������������
�������������������������
������������������������������
128

�

�
������ ��� ���������������������������
��������������������������
����������������������������

������������ ���������������������������

�������������������������������������� ����������

���������������������������
������ ���������������������� ��������

���
��

���
���

�

��������������� ���� ���������������

3

����kg/m �

���
����
���� ����
���
����
�

���

���

�
�

��

�

��

���

���
��

�� ���

����

����

��

���

���

���

���

���

������

������

���������������� ������ ����� ������� ����

����

����

��

���

���

���

���

���

������

�������� ����

����

����

��

���

���

���

���

���

�����

�

����������������������������� ����

����

����

��

���

���

���

���

���

�����

�

�� ����

����

����

��

���

���

���

���

���

�����

�

����������������������������
���������������������������
������������������������������

�������������������������������� ����������������

���������������������������

2

���
��

����������������� ������� ��������� ����� ������ ������ ������ ����

����������������������������������
������������������������

��������

�� ������������
����������� ������������������������
����������� ��������� �����������
����������������������������
���������������������������
������

�������������������� ��������������������������
�����������������������������
�������������������������
�������������

����������� ������������������������ �����������������������������
��������������������������
���������������������

������������� ������������������������
�������������������������
��������������������������
����������������������������
�����������������������

�
�

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

�������

�������

������

����

�����

����

�����

����

�����

����
����
����
����
����

�����
����
����
����
����

����
����
����
����
����

�����
����
����
����
����

����
����
����
����
����

�����
�����
����
����
����

� �� �� �� �� �� �� �� �� � ��� �� �� ���� �� �� � �� ���� �� �� �� � � �� �� ���� � �� ��� �� � ��� �� ���� ��� �� ��� �� ������ �� �� �� �� �� �� � �� �� �� �� �� �� �� ��� �� ��� ��� � �� �� ��� �� ��� � �� �� �� �� �� � ��� ��� � �� � �� � � � �� � �� � � �� � �� �� � �� �� �� � �� � �� ���� �� � �� �� ��� ���� �����

������� �������������������������
��������������

���� �����
�� ��� �� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ���� ������������ �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ���� �� ���� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ���� �� ���� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ����� ���� ��� ��
��
��
��
��
��
��
��
� �� ���� ��� �� �� �� �� �� �� �� ���� �����������������
129

�

安部

���������������������������� � � � � N/mm �� ���mm� ���mm

� ��mm� ���mm���������������������������������������

��������������������������

�������������������������������

���������������������������� �� �������������������������

����������������������������

�����������

��������������������������� �������������������������������

������������������������

�������������������������������� ������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

����������������������

���������������������������
��������������������������

�����������

�������������������������� ������������������������

�������������������������

������������������������������� �������������������������

��������������������������

�������������������������������

�������������������������

����������������������������

���������������������

���������������������������� ��������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������

������� �������������������������� ���������������������������

��������������������� � � �� ��� � � � �������������� �����������������������������

����������������������������

�����������������������������

����������� ������������������������
�������������������������
����������������������������
���������

���������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������

���������������

���������������������������� ������������������������

����������������������������

������������������������������ ������ � ������ � � � ��������� �� ������� ���������������������������
��������������������������
���������������������������
����������� ����������������������������
�������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
130�

��������������������������
���������������������������

��������������
��������������������������
���������������������� �������������������������
�������������� ������������������
��������������������������

����������� �����������������������������
������������ �������������������������������
�������������������������������

�

20�
W/B=22%

��
��
��
��
�
���

100�
W/B=22%

��
��
��

���

���

���

�
���

���

���

Stress [ N/mm2 ]Stress [ N/mm2 ]

��
��
��

���

��
��
��

�
���

���

���

���

���

��
��
��
��

���

��
��

���

���

���

700�
W/B=22%

��
��
��

�
���

���

���

���

���

Strain [ % ]� � 100

800�
W/B=22%

���

��

���

500�
W/B=22%

��

�
���

���

� � 100���Stress [ N/mm2 ]

���

���

��

���

600�
W/B=22%���� � 100

���

Strain [ % ]� � 100������Stress [ N/mm2 ]

���

���

Strain [ % ]

��

���

��

�
���

���

400�
W/B=22%

Strain [ % ]Stress [ N/mm2 ]���� � 100

���

��

�
���

���

���

300�
W/B=22%�����Strain [ % ]� � 100

���

��

��

Stress [ N/mm2 ]���� � 100200�
W/B=22%�����Strain [ % ]

�
���

���

� � 100���Stress [ N/mm2 ]���Stress [ N/mm2 ]���� � 100

Stress [ N/mm2 ]

���

��
��
��
��

���

Strain [ % ]

���

���

�
���

���

���

Strain [ % ]

���

���

���

Strain [ % ]�� ����������
������ ����������Fc� �������� � 80-2

� � 80-1���20�
W/B=28%20�
W/B=26%

��
��
��
�
���

� � 80-1

100�
W/B=26%���� � 80-2

100�
W/B=28%

��
��
��
��

���

���

���

Strain [ % ]�Stress [ N/mm2 ]Stress [ N/mm2 ]

���

���

���

�
���

���

Stress [ N/mm2 ]

���

��
��
��
��

���

���

���

���

�
���

Strain [ % ]� � 80-1

� � 80-2200�
W/B=26%200�
W/B=28%

���

���

���

���

Strain [ % ]Fc�����
Fc�������� ���������
������ �� ���������� � ������ �����������
�
131

�

�
�

���

��
��
��

��
��
��

���

���

���

�
���

���

���

���

��
��
�� 80-2

600�
W/B=28%500�
W/B=28%��������� 80-2

700�
W/B=28%

��

�
���

���

���

���

�� 80-1

700�
W/B=26%800�
W/B=26%

���

��

���

���
Strain [ % ]

���

���

��

���

�� 80-2

��

�
���

���

Stress [ N/mm2 ]600�
W/B=26%�����

�� 80-1

Stress [ N/mm2 ]Stress [ N/mm2 ]

���

���
�� 80-1����Strain [ % ]

���
���

500�
W/B=26%�����Strain [ % ]������ 80-1

400�
W/B=28%

��

��
�
���

400�
W/B=26%

�� 80-2

Stress [ N/mm2 ]300�
W/B=28%300�
W/B=26%

Stress [ N/mm2 ]Stress [ N/mm2 ]�� 80-1

�� 80-2

�� 80-1

���

���

���

���

��
��

�� 80-2800�
W/B=28%

��
��

���

���

���

�
���

���

���

Strain [ % ]Strain [ % ]

���

���

���

Strain [ % ]� �� ���������� � ������ � �����������
Fc�����
Fc������� ���������
�����
���

�� 60-2

20�
W/B=34%20�
W/B=36%

���

��
��
��

100�
W/B=34%

���

���

���

��
��

�
���

���

300�
W/B=36%300�
W/B=34%

��
��

���

���

���

���

���

���

Strain [ % ]

���

�

���

���

��
��

�� 60-1

400�
W/B=34%������

�� 60-2

400�
W/B=36%

���

��
��

�� 60-1

500�
W/B=34%��������� 60-2500�
W/B=36%

��
��

���

���

���

���

�
���

Strain [ % ]Fc�����
Fc������� ���������
������ �� ���������� � ������ � �����������

132

200�
W/B=36%

Strain [ % ]

��

�
���

�� 60-2200�
W/B=34%

��

�
���

���

��

��

���

�� 60-1

��Stress [ N/mm2 ]����� 60-2

�� 60-1

��

�
���

���

Strain [ % ]Stress [ N/mm2 ]Stress [ N/mm2 ]

���

100�
W/B=36%��Strain [ % ]

���

���

�� 60-2

��

��
�
���

�� 60-1

Stress [ N/mm2 ]Stress [ N/mm2 ]����� 60-1

Stress [ N/mm2 ]

���

���

���
Strain [ % ]

���

���

�
������������������������ � 60-1
� � 60-1
� � 60-1
700
800 �
�
600 �
�
���
���
���
W/B=34%
W/B=34%
W/B=34%
�
��
��
��
�
��
��
��
�
� � 60-2
� � 60-2
� � 60-2
600
700
800 �
�
�
�
��
��
��
W/B=36%
W/B=36%
W/B=36%
�
��
��
��
�
�
�
�
�
���
���
���
���
���
���
���
���
���
���
���
���
���
���
���
�
Strain [ % ]Strain [ % ]Strain [ % ]� Fc����������
Fc������� ���������� �� ���������� � ������ � �����������
�
�
���
��
�
���
��������������������
��������������������
�����������������
���������������������������
��������������������
��������������������
���������������������
��������������������
��������������������
���
���
��
��������������������
��������������������
�����������������
������������������������
��������������������
��������������������
�
���
��
�
���
��
�
���
�
��
�
��
���
�
��
���
�
�
��
���
��
�
���
�
�
�
�
���
�
��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ������� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ������� ��� ��� ���� ��� ��� ��� ���
Temperature[ �]Temperature[ �]Temperature[ �]���� ��������������� ������������ �������� � �������� � � ��������� � � � � � � ��������
��
Stress [ N/mm2 ]Stress [ N/mm2 ]���Elastic modulus [ x1000 N/mm2 ]Strain at maximum compressive strength [ % ]Stress [ N/mm2 ]���Strength [ N/mm2 ]

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

���������������������������

��������������������������

������������������������������

���������

���������������������������

���������� � � � �a������������������������������ ���� � � ��������������

��������������������������

3

� b�

2

�

� c� � d � � B,20

�������������

���������

������������������ � � � � �� �������������������� ������������������������

��������������������������

��������

���������������������� ��������������������������

��������������� �������������������������� � � � � �� �������������������������
� B,20���������������������� ���� � B,20 ������

���������������������������
��������������

������������������� �����������

�����������������

���������������������������� ��������������������������

�������������������������������

���������
133

�

�
��� ����������

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

a

b

c

d

������ �� � ������� �� �������� �� � ����������� �� �� ������� �� �������� �� � ����������� �� � ������� �� �������� �� � ����������� �� �� ������� �� �������� �� � ����������� �� � ������� �� �������� �� � �

����

��

��

��

����

�����

�� ����� ������ ������ ������ ����

���������������������� �������

������ �������� �������� �������� �� � ������� �� �������� �� � ����������� �� � ������� �� �������� �� � ����������� �� � ������� �� �������� �� � ����������� �� � ����������� �� � ������� �� ��� � � � � ��� � � � ���� � � � � ���� � � � ������������������������������
��������������������������

������ ���������� ��������������������
�m��

2.0� 10� 3���������� � � � k � e����������������

��������������������� ����� ���� � � ��������������
�������
� � B,20 � �������
�6

�3������� k � 8.06� 10 � � B,20 � 1.83� 10 ������ � � ������
��������� �����������������������������
��������������������������
���������������������������
����������������������

������������������
��������������������������
����������������������������

�
�

n�

�

� � �
�
�
� �� �n�n� � 1� ������������
���������������������� c ������������������� � ���������������

�������������� ����� �� ���������

������� � ���������������

������������������� � �n� �����������������������

����������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
�����

�
�
�����
�
�� ���
��� ����
��� ����
��� ����
��� ����
�
����
�
�
�
������

l
����
����
����
����
����
����

m
��������
��������
��������
��������
��������
��������� ��������������������������
�������������������������
���������������������������
�������������������������
��������������������������
�������������������������

���������������������

�����������������

����������������� ��������������������������

���������������������������

�3

� 1.5�10 ��������� n� � 10.7e�� � � � � � � � � � ������ ���������������������������
����������������������������
�������������������������
�������������������������
134������������ ����������� ����� �����������������������������

��� ����� E� ��������������� ����������������������������c ��� ���������� E� � l � e ������������������������������� � � � �� � ����������������� � � � � ��������������������

����������������������������

���������������������������
��������������������������
�����������

�
�
�

�

���

���

���

� � 8 0 -1������
������

������������
������

��
��

���

���

���

�
���

���

���

���

���

��
��

���

���

������
������

��
��

2

��

�
���

���

���

���

���

20�
W /B=3 4 %��������
������

��
��

�
���

���

���

��
��

200�
W /B=3 6 %

���

���

��

������
������

��
��

�
���

���

500�
W /B=3 6 %��������
������

��
��
��

���

���

���

���

�
���

��

���

���

���

���

St rain [ % ]St rain [ % ]St rain [ % ]���� � 6 0 -2

2

���

��

��

���

���

Stress [ N/mm ]2������
������

Stress [ N/mm ]�����St rain [ % ]� � 6 0 -2

� � 6 0 -1300�
W /B=3 4 %

���

��

���

���

���

���

St rain [ % ]

���

���

� � 6 0 -1

���

St rain [ % ]Stress [ N/mm2 ]

��

���
600�
W /B=2 8 %

��

��

���

��

St rain [ % ]Stress [ N/mm ]������
������

2�����������
������

� � 8 0 -2

Stress [ N/mm ]Stress [ N/mm2 ]

���

100�
W /B=2 8 %

�
���

��

�
���

���

���
� � 8 0 -2

���

700�
W /B=2 6 %St rain [ % ]

���

���

���

��

St rain [ % ]����� � 8 0 -1

��

��
�
���

400�
W /B=2 6 %
2

��

���

Stress [ N/mm ]800�
W /B=2 2 %2���Stress [ N/mm ]Stress [ N/mm2 ]� � 100��������������������� ���������������������

�
����
��

��� �����������������������
���������������������������

������������������������ �����������������������

���������������������������
�������������������������� � � � � � � � � � � � � � � ������� � ���� ��������

��������������������������
��������������������������
���������������������������
������������������

������������������������� ������������������������������
��������������������������

�������������������
���������������������������
������� ���������� ��������
�������������������������
�������������������������
��������������������� � �������� ��������������������������

���������������������������
�������������������������
������������������������������

���������������������������
������������������ ��������
��������������������������������

��

Sandor Popovics�A NUMERICAL APPROACH TO THECOMPLETE STRESS-STRAIN CURVE OFCONCRETE�CEMENT and CONCRETE RESEARCH�
Vol.3�pp.583�599�1973

135

�

�
�

������������������
Damage Control in Concrete Structures��� ���
���������������
��������������

This paper presents author’s experimental studies on mechanical behavior of concrete structures under seismic
loading. Three topics are presented. The first one is the study on influence of beam elongation to structural behaviorof the frame under seismic loading. The second one is the study on degree of cracking damage of RC columns underseismic loading. Last one is the study on mechanical behavior of PC Mild-Press-Joint under seismic loading whichhave been carried out these days. Author refers to the direction of design concept of concrete structures from now on
through presentation of three topics.

Key Words : concrete structures, damage control, PC Mild-Press-Joint, residual drift,crack width�������
������������������������

�������������������

����������������������������

������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

�����������������������������

�����������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

�����������������������������

������������������

���������������������������

���������

���������������������������
��������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������

��������������������������

����������

��������������������������
����������������������������
���������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
������
136�������������������������
���������������������������
������������
�
�
�
�

�

�
�

�
������

����������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

�����������������������������

��������������������������

���������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
�����������������������

�
�

�

�

��������������������������

��������������

������������

�������������

137

坂田

�
����������������

��������������

�����������

�

�
�
�
�

�
�������������

����������

�������������

�����������������������������

����������

����������������������������

����������

���������������������������
�����������������������������
�������������������������

�������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

����������������������������

������������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������

��������������������������
��������������������������
����

�
� 138

�
�������
�������������������������������
��������������������������

�����������������������������

������������
������������
���������������
������������
����������������
�������������
���������������� ��
������ �����
������ �����
������ �����
������ �����
������ �����
������ �����

��
�����
�����
�����
�����
�����
�����

�
��� ���

������������

����������������������������

�������������������������������

�������������������

����������������������������

�����������������������������
���������������������������
���������������������������

������������
������������
��������

���������������

����������

����������������������

������������� �����������������������
�����������������������
�����������������������

�����������
������������ ����������������������
����������������������

�
�

�����

����

�����

����

�����

�

�������������������������

��������������������

��� ����������������������
������������������������

���� �����������������

��������������������������
����������������������

���
���

���������������������
������������
�������������������������

������������������������������

�������������������������������

������������������������������

���������������������������

������
������
������ ��������
�

���

���

���

���

���

���

���

��������������������

������������������������

��������������������

�

���

�

��������������������������

������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������
����������������������������� �����������
���������������������������

���������������
������������������������
��������������������������
139�
�����������������������������
��������������������������
���������������������

�����������
����������
�������������������������
����������������������������
�������������������������
�������������������������

��������������������������������

��������������������������

�������
�����������

��������������������
���������������������������

�������������������������

�����������������������������

��������������������������

�������������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

����������������������������

�������������������������

������������������

���������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � ��
� r w / w �����������������������

��������

�������������������������
��� r w / w ���������������������
���������������� r w / w ��������
���������������������������
���� r w / w ���������������������
�������������
��������������� D a f �������
���������������������������������Daf � 110� f ���������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
���������������������������
����������������������������

���������������������������
������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������� � w ����������������������������

������������� l s ������������
���������� l s ���������������

��������������������������

������������������������������

Das � � � �w � ls � � ������������������������������

������������������������������

�w � � 1.4 � 10 � � s � 0.2 ���������������������������������

� s ����������

������������

�

3

�

�����������������������������
�������� D af � D as �������������

�(���)����� FC � 50 N /m m �����������

���������������������

�����(��PCaPC)����������������rDa �

Daf � Das
A

�

�

�

����

�������������������������
2�����������������������������
���������������������������

���������������������������

�����������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

� 140

�
���������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
�����������������������������
�������������������������
������������������

���������

�������������

�����������������������������

�����������������������������
�������������������������������
����������������������������
���������������������������
�����������������������������������
��������������������������
���������������������������������
���������������������������
�������������������������������
������������������������
���������������������������

�����������������������������

�������������

���������������������������������
������������������������
�����������������������������
�������������������������
����������������������������
�����������������������������
���������������������������
�����������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
������ ��� ��������������������

���������������������������������������
��������������������������������
��������������������������������
��������������������������� � � � ������ � � � ����� � ������������ � �����
����������������������
���������
�������������������������
���������������������������
�������������������������

������������

��������������������������
���������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
������ �������������������������������
������������������������������������������
������������������������������������
�����
141

�
����

����

PC33-90�������

PC33-90
Q

Q
���

B

B

�������

����������

�������
-Q

�����������

B

B

��������
����
-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

-0.04

-0.03

������

250

PC33-90

0

0.01

0.02
0.03
0.04
�����(rad)PC42-90����

PC���������

200

60

150

40

��������

100

20
0 +1/400 +1/200 +1/100 +1/66 +1/50 +1/33 +1/25
�����(rad)�����������������������

�

50������������
0

0

0.01

�������������������������
�������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � ������� � � ����������������� ��������������������������
������������������� �����������������������������
�������������������������
�������������������������
������������������������������
����������������������������
��������������������������� ��������������������������
�������������������������
������������������������
������������������ ������������������������
��������������������������
�������������������������
������������ ������������������������
���������������������������
�����������

0.02

0.03

0.04

0.05

����������(rad) ������������� ������������������������

� 142

-0.01

�
�
����������MR (kNm)�PC42-90N
80 PC42-90-0.02�����������������������

�����������������������

100��������
�����������

�����(rad) �120��������
����

-Q
����

����������������

�16

�cr =Vj�/bjDj�(N/mm2)
PC55-50��������
�����������

PC55-9012 �����������

PC33-908��������
����������

4

RC33-50ft�(N/mm2)

RC55-50

0

1

2

3

4

5

6�

�������������������

�
2

25

Fj=Vj�/��bjDj�(N/mm )20
15PC55-90

PC55-50������������
��������

RC55-5010��������������

5
0

20

40

60

�B�(N/mm2)80��������������������

�
�

100 �

�

�

�
�������� �

�

�

�

�

��������

����������

���������� ����������������������������

�������������������������� �����������������������
�������������������������
����������

������������ �����������������
������� �����������������
�������������������������
�������� �����������������������
�������������������

��������������������� �������
����������������������� ���������������������������
����������������������� ���� � � � � � � � � � � �� � ��� � �� ���� �������
���������

���������������������� ������
�������������������������
���� ������������� �� �������� ������ �������������������

����������������������������
������������������������
��������� ���������������� ���������������������������

6)

K Nakano, K Tanabe, Y Matsuzaki, A Wada, H Sakata
et.al. �� ������������� ������ ��� ����������� ��������� ���������� ����������� �������������������� ���������
���������� ����� ���� ������������������ ����� ������
����������� ��� ����������� ������������� ��������
�������

�����������������������������
�����������

���������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
�����������

�������
�������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������

����
��

�

��������������������������
��������������������������
�������� ��������������������

143

�
�

�������������������������
������������������
Active Confining Effect and Shear Crack Behavior
for R/C Columns Prestressed Laterally��������������������
Yasuji Shinohara, Kakuya Miyano and Hiroshi Watanabe�1��������������2���3����������

Experiments and 3-D FE analyses were performed on reinforced concrete columns laterally prestressed by the shear
reinforcements to study the influence of the active confinement upon shear strength and crack behaviors. The relation
between the width of shear crack and the strain of reinforcement has been proven by measuring every crack overreinforcements and gluing three strain gauges on reinforcements. With increasing the lateral pressure, shear crackstrength and ultimate shear strength have increased proportionally, shear crack patterns have changed appreciably,
and the widths of cracks have decreased drastically. The FE analyses using smeared crack model cannot evaluate alocalized crack accurately but can provide valuable information about the total damage.

Key Words : Lateral prestress, Active confinement, Shear crack behavior, Smeared crack model,
3-D finite element analysis, Shear damage evaluation������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

����������

��������������������������

��������������������������
��������������������������

���������
����� �����������

���������������������1), 2)���

� �������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

�����������RC��������LPRC����������������������������

�2�������������1) �������RC��

��������������������������

�������������������������3)��

���������������������������

��������������������������

����������������U6.4����������

������������������������
���������������������������
�������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
�������������������������
144� � � � � � � � � ��� � � � � � � � � � � � ������� ������

��� b=D
M / QD�� (mm)
RC
340
1.3
LPRC

pw
(%)
0.29

� wp
�L
(N/mm2) (N/mm2)
0
0.0
0.30
536
1.6

�0 / �Bb�D=������, M/QD=�������, pw=�����,�0=��������, �B=�����������, �wp=���������, �L=����������=pw�wp�

�D13�������������������

�����������������������������

��������������������������

�����������������������������������

�40 %�37 %�45 %�������������������

����������������

���������������������������� ������������������������

����������������������������

�������������������������

�������������������������

������������������������������

��������������� � L �=pw � wp ������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������

78.9 78.9

900�������
�

900
U6.4@60

50 80 80 80 50
340��������������������������
���������������������������
�
���
����
������������������� � �����
�
U6.4@60
�8-D22
D13@60���������������������������
���
D22
U6.4@60
�� 78.9 78.9 78.9 78.9
50
240
50
315.6
��������������������������
�
�����
�
340
���
���
��
�
���
����
� � ���� � 0 ��� � � ���������������
����
�t=40
�
�
+Q
+Q ��
�
����������������
7
�
�
6
���
5
�
�
4
3
�
�
2
1
�
�
0
-1
�
�
-2
roller
-3�
�
�
-4�
-5�
2000kN jackparallel crank
�
�
-6�
-7�
�
�
�
��
78.9 78.9 78.9 78.9
�
500kN jack500kN jack��
� 78.9 78.9
157.8
315.6
Specimen��
screw jackscrew jack���� ����������������������������
� N mm2� max � max
� �
�
�t
1
1m
�B
�
�
5
���� �������
G f � 0.1 N mm
�
�
1
�t
�
�
4
�B
W mm
� N mm
W1
W2��������
�������������
������������
��w���� �
���������
Ec
W2
�
�max
�t
W1
B
2
2
����
� �� N/mm2
�
N/mm N/mm
mm
mm
�
0 w’
�
�
�
�
w
� RC
�
50.8
-0.002 3.51E+4
2.9
0.031
0.15
0.2
w' �
�������sin �
� LPRC 46.5 -0.002 3.45E+4 2.9
�
0.031
0.15
0.2
� ������������������������������������������
����� ������������������
����� �������������������������� �����������
� N mm 2
�y
� max
Es
� ��
�y
������������������������
2
2
2(N/mm ) (N/mm ) (N/mm )Es���������������� �� �����������
1196
1281
1.92E+5
� D22
�� y
1459
1499
2.04E+5� �� ������������������������
� U6.4344
488
1.92E+5��������
����������������������������
� D13���� ���������������
���������������������������
�����������������������������������
���� ����������������
�����������������������������
2��������������������������

������������������� ������������

�������������������������

����������������������������
145

篠原

2

���������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

����������������������������

��������������������������

�����������������������������������

�����(3��2�)����������������

�������������������� ��������

��������������������������

�������������������������������� ����������������� expQsc�����
��������������exp�sc (=expQsc/bD)����

����������������������� �����f ( I1 , J 2 ) � � I1 � J 2 � k � 0���2 sin �3 (3 � sin � )c
3 (3 � sin � )I1 � � 1 � � 2 � � 3�������������������exp�su��������

( 2)

6 cos �k��������L�������������������

(1)

���L�����������������������
������������� exp�sc���B��������

((33))

������������������������� exp�su

( 4)

�

J 2 � (� 1 � � 2 ) 2 � (� 2 � � 3 ) 2 � (� 3 � � 1 ) 2 / 6������������B������������1)��

((55))

���������������������������� � ������� � ����� ����������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �L=0 ����������������������������

�L=2.6N/mm2�������������������

���������������������������������

���������������������������

������������������������������������
( 6)���������������������������

(1 � 4 3� ) � 0 � � �

1

(7 )

4 3

������������������������
����������������� �� ������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������� ������
��������������������������

������������������
����� ������������������� ������������������Q����R�
���������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
RC�������1/100��LPRC����1/67������������2)����������������
��������������������������
�������������������������
��������������������������
����������expQ������FEMQ������1)�
������ calQ�������������������
146

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

1000
800

��

���

600
400

Q (kN)f ( I 1 , J 2 ) � (1 � 3� )� B � (1 � 4 3� )� � 3k � 0

200-0.025-0.0150-0.005
-200

���
0.005

0.015

0.025

-400
-600
-800

�����������
����������

-1000

R (rad)

1000
800

����

���

600
400

Q (kN)

��

200-0.025-0.0150-0.005
-200

���
0.005

0.015

0.025

-400
-600

�����������

�
-800 ����������
-1000
�R (rad)����� �����������
������� ������
�
�
�
Q
Q
���
exp scexp suFEMQscFEMQsucalQsccalQsu
� ��
(kN)
(kN)
(kN)
(kN)
(kN)
(kN)
� RC
515
617
495
655
496
648
� LPRC
611
762
577
747
606
725
�
Qsc =���������(��), expQsu =�������(��)� exp
FEMQsc =���������(FEM), FEMQsu =�������(FEM)� calQsc =���������(�� 1), calQsu =�������(�� 1)������������������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������

������������������������
1.0

0.20
0.15

0.6

exp � su / �B

exp � sc / ��B

0.8

0.10

0.4
0.2

0.0

1.0

2.0
3.0
2
� L (N/mm )Q = 550 kN

���: RC���: LPRC

0.00
0.0

4.0

��������������

Qmax = 655 kN

Q = 650 kN����������

0.05

���: RC���: LPRC

0.0

1.0
2.0
3.0
2
� L (N/mm )0 �����

4.0

� 10

� 20

���

Qmax = 747 kN������������
� 30

� 40

� 50

���������������

������������

���� �����������

6.0

8.0

���: RC���: LPRC
2
exp � su (N/mm )8.02
exp � sc (N/mm )

�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�

4.0
2.0

��: 1.12
����: 12%

0.0
0.0

2.0

4.0
6.0
2
FEM � sc (N/mm )8.0��������������

6.0

���: RC���: LPRC

4.0
2.0

��: 0.98
����: 7%

0.0
0.0

2.0

4.0

6.0

2
FEM � su (N/mm )8.0

Q = 550 kN

Qmax = 655 kN����������

Q = 650 kN

Qmax = 747 kN������������

������������

����� �����������
������ ������������

0.0 � 0.1 � 0.2 � 0.3 � 0.4 � 0.5 � 0.6 � 0.7 � 0.8 � 0.9 � 1.0

�����������������

�������������������������
����������� � ��������������

�������������������������

����� �� ��������������������

��������������������������

����������������������������

�������������������������

�������������������������

���������������������Q ��������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������� � � � � � � � ��� � � � � � � � � � � � � ����Q ����� ��������������������

Q ����� �������������������������

���������������������������

���������������������������

��Q ����� ���������������������

���������������������������

���������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

������������������������������

�������������������������

������ �������Q ����� �����������

���������������������������

����������������������������

���������������������������

�������������������������
147

���������������������������

0.05 mm
0.18
0.31
0.42
0.52
0.60
0.62
0.62
0.62
0.60
0.52
0.42
0.31
0.18
0.05 mm����������������������������
���������

��

0.10 mm
0.30
0.51
0.65
0.76
0.81
0.83
0.84
0.83
0.81
0.76
0.65
0.51
0.30
0.10 mm�������(1) RC: Q max= 655 kN������ � 0

�

0.05

���

���

(1) RC: Q=570kN(2) RC: Qmax = 655 kN����(2) LPRC: Q max = 747 kN
�

0 .1

�

0.15

�

0.2 �

����� ���������������������

����������������������
����� ������������������
���� ��������������������������

�����������������������������

.025E-1��������������������������
�������������������������

��������������������������
��������������������������
�����������������
������������������������
��������������������������
���������������������������

�������

��������������������������

����������������������������

.050E-1.075E-1.100E-1.125E-1.150E-1����� �����������������������

�������������������������

��������������������������

���(4) LPRC: Qmax = 747 kN�����������

��������Q ����� ������� ��� ���������

����������������������������

���(3) LPRC: Q=663kN

7
6
5
4
3
2
1
�0
-1 0
-2
-3
-4
-5
-6
-7

Yield point

Yield point

After prestressed�+�0strain (µ)
8000 0strain (µ)
40008000 0strain (µ)
40008000 0strain (µ)
4000

8000

�0

�0
����

�+

�0

�+

4000

After prestressed

�+

���

(1) RC: Qmax=655kN

�-

����

���

(2) LPRC: Qmax=747kN

�������������������������

����� �������������������

��������������������������

����������������������������

�������������������������

�������������������������

����������������������������

��������������������������

����������������������������
���������� � � ��������������

��������������������������

�������������������������� ������������ ���� �������� ������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

�����������������������������

���������������������������

�������������������������

�������������������������

����������� ���� ��������������

���������������������������

�������������������������

148��������������

����������������������������

�������������������������

����������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

�����������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

�������������������������

������������Q ��������������
�������������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

������ ������������������������

��������������������������

������������������� ��������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

������������

�������������������������
���������������������� ���������
������������� ����������������
��������������������������
�������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������

1.0
0.8

�: RC (Qmax=617 kN)

0.6

������=-3

0.4

�: LPRC (Qmax=762 kN)

0.2������=-4

0.0
0 50 100 150 200 250 300������������ D d (mm)����� �������������������
800
700
����� Q (kN)� cal w (mm)� cal w (mm)� cal w (mm)� cal w (mm)

�
� 1.5
1.5
��: 1.24
��: 1.24
� 1.2 ����: 0.53
����: 0.75
1.2
�
0.9
0.9
�
0.6
� 0.6
� 0.3
0.3
� 0.0
0.0
�
0.0 0.3 0.6 0.9 1.2
1.5
0.0 0.3
0.6
0.9 1.2
1.5
� exp w' (mm)� exp w' (mm)�RC ���
LPRC ���
�(1)�����������������������
�
� 1.5
1.5
��: 1.22
��: 1.27
� 1.2 ����: 0.68
����: 0.82
1.2
�
0.9
0.9
�
0.6
� 0.6
� 0.3
0.3
� 0.0
0.0
�
0.0 0.3 0.6
0.9 1.2
1.5
0.0
0.3
0.6 0.9 1.2
1.5
� exp w' (mm)� exp w' (mm)�RC ���
LPRC ����(2) ����� 3 ���������������
������� ��������������������
������ ���������������������

����� w (mm)���������������������������

600
500
400
300
200

RC �
RC �
LPRC �
LPRC �

100
00.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20
����� exp w max (mm)����� ����������������

���� ������������
�������������������������
����� ����� ������������� ���� �������������������� ���� �������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
��������������������� ���� �� ���� ���������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������

149

��������������������������
�����������������������
7

7

�������

6
5

FEM �
FEMw

4
3

6
5
4
3
2

2
1

1

0

0
-1

Strain
�calw

-1
-2

-2
-3

-3
-4

-4

-5
-6

Microscope�expw�

-7

-5
-6

7
FEM
�FEMw

Strain�calw

Microscope�expw�

-7

6
5
4
3

FEM
�FEMw

2
1
0
-1

Strain
�calw

-2
-3
-4
-5
-6
-7

Microscope
�expw

0.0
0.5
1.0
1.5
0.0
0.5
1.0
1.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Total crack width (mm)Total crack width (mm)Total crack width (mm)������������
�������������
�������������

RC: Qmax=655 kN

LPRC: Q=663 kN

LPRC: Qmax=747 kN����� �������������������
�����������

������������������������������
�������������������������
������������������������� ������������������������
������������������ ����������������������
�������������������������� ������������������������
������������������������
���������� �����������������������
�����������������������
�����������������������
�����������

������������������������������
�������������������������
��������������������������������
������������������������

������� ��������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������� ��������������������������
�������������������������
���������������������������
������������������

150

��� �������������������������
�������������������� ����������� ������ ����������������
�������������������������
������������������������������
��������������������������� ������ ��� ��� � ����������� ��� ����������� ����������
���������������������������������� ��������������������������
������������������������
��������������������������������� ������������������������������������������������������
����������������������������������������������������������������������������
Hysteresis Model of Structural SteelConsidering the Bauschinger Effect���� ���� ������� ��� ���������������������������������������������������
�������������������������������������

The relationship between true stress and true strain of structural steel was simply modeled considering the
Bauschinger effect. This hysteresis model is composed of skeleton curve based on the material test result,
Bauschinger part modeled as a function of the cumulative strain in the skeleton curve and elasticity unloading part.
The analytical result of the beam which applied this hysteresis model was compared with experimental result. The
analytical result and the experimental result showed the good correspondence in not only load deformation
relationship but also deformation of skeleton curve as an index to the plastic deformation capacity of member,
moment-curvature relationship and hysteresis of strain. Though the hysteresis model is simple, it is enough effectivein order to analyze the behavior of steel member in the plastic range.

Key Words : Structural Steel, True Stress - True Strain Relationship, Bauschinger Effect��������������������������
��������������������������

��������������������������

�����������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

������������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

�������

��������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

�����������������

���������

����������������������� �������������������������� ������������������������������

���

��

��������������������

������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

������������������������
������������

�������������������������������� ���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������������� ��� �����������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������
��������������������������

151

�

山田

���

� �������������������������

�������������������������

200�����������������������������

������ � � ��������������
40� ����������������������� �� �

�������������������������������� ����������������������������������

R=0.25�� ������������������������������ � �� � �� � ���������������������������

����������

�������������������������������

����������������������������
�������������������������

500��������������������������
400������ (MPa)���������������������������
����������������������������
�����������������������������
�������������������������
����

300
200
SS400
100

�
��������

0� ��������������������������

��������������������������������

��������������������������
�������������������������

10

15

20

25

30

35

40

�������������������������

5

SS_P1

4

���������������������������

3���� (%)

��������������������������

5���������������������������
��������������������������

0�����(%)

����������������������������
����������������������

SN400

SN_P2

2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5

�

��������������������� ��������������������������

������������
����������������������

��������������������������������
�������������������������

�

����

�������������
��

���

����

�����

�����

���

����

�����

���

���

����

��

�����

���

���

����

��

���������

����������

����������

����

� �
���������������
���� ��

�

���

�����

����� ���������

�����������

���������� ���������

�����������

���������� ���������� ��������

���������� �����

�������

���������� ���������

�����������

���������� ���������

�����������

���������� �����

�������

152

�������

����������

�

�
�
�
�

�
�

���

���������

��������������������

������������ ������������������������
��������������������������
���� � � n � ��������������������

�����������

n�������������������������������
������ t � � t � ����������
� �

�
�

t
t

� � �1� n � �� n � �� � ln �1� n � � �

�

�

����

�

�

����

����

�����
��������� �������������

��������������

�� �������������������������
���������������������������

���������������

����������������������������� � �

�������������������������

�

�S

t

t

��������������������������
E � 205,940�kN / mm 2 � ������ � t � s ��������
�������������� � t � B ���������� �� �

�t S
���tan-1E�ttan-1E���������������������

+

t S
���

�S

t

�

����������������� �����

�������

+

�
t S=
t S+
t S
���
���
���
t�B
� �� � � ������������������

��������������������������
�������������������������
���������������������������

tan-1E�������������������������

�B

tan-1E��������������������������

t

�t�B

�������� ������� ��������������
����������������������������

���������������������������

������������

��������������������������
��������������������� t � BS ��

�
0.08

�(3)

��������������������������
0.06

��������������������������

SS_05

� t�B

���������������������������
�������������������������
�������� � t � B ���������������

SS_P1
SN_05
SN_10
SN_P2

� ����� � t � B ������������������

0.00
0.00

� � t � B ������������������ �� t � s �

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

�� t�S����������������������������

������������������������
������������

�������������������

� t � B � 0.33 � �� t � s ��

SS_S5

0.02

������������ t � BS ������ � B �����

��
�

SS_10
0.04

�
����

�
�

�
153

�

�
� �� � B �����������������������

�Bt��������������������������� �� ��

�BSt��������������������������
��������������������������
� B ���� � t � B ������������ � B � � t � B ����� ��B�t�BS�� ��������������������������
������������������� B � 0.67 � �� �� ��
�����

tan-1E

��t�B������������� �������������������������
��������������������������� ��� �� �

�������������������������

�������������������������������
��������������������������
���������������������������

���������������������

��
1��������������������������
������������������������

0.8

�������������� ������� ����������

SS_05

�(4)

0.6

SS_10

�B

�������������������������
�������������������������

SS_S5

0.4

SS_P1

��������������������������

SN_05

0.2

�������������������������
��������������������������

0�������������������������

SN_10
SN_P2
0

0.02

0.04

0.06

0.08

� t�B

�������������������������

�����������

���� � B � � t � B ��������������������������������
���������������������������
���������������������������
�t�����������������������������

�������������������������

t�

t S
���

t S
���

t�y

t�y

���������������������

����������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������������������
�����������������

154

�

�

t
�

���������������������������

t
�
�

�

�� � �

-t�yt B=0.33���
t S
��

-t�y

t B=0.33���
t S
����������������

�
500

500

SS_05

SN_05

400
300

200

200

(MPa)

300

100
0

100
0

t��

t��

(MPa)

400

-100

-100
-200

-200
-300

����

-300

����

-400

�����

-400

�����

-500
-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01 0-500-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01 0

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

t �(1)SS_05(5)SN_05
�

�

500

500

SS_10

SN_10

400
300

200

200

(MPa)

300

100
0

t��

t��

(MPa)

400

-100

100
0
-100
-200

-200
-300

����

-300

����

-400

�����

-400

�����

-500
-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01 0-500-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01 0

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

t�t

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

�(6)SN_10(2)SS_10

�

�

�

500

500

SS_S5

400

300

(MPa)

200
100
0

t��

(MPa)
t��

SN_P2

400

300

��

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

t �

-100
-200
-300

����

-400

�����

-500
-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01 0

200
100
0
-100
-200
-300

����

-400

�����

-500
-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01 0

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

t �

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

t �(3)SS_S5(7)SN_P2

�

� �

500

�������������������

SS_P1

400

t��

(MPa)

300

0.14

200
100
0
-100
-200

����

-400

�����

-500
-0.05-0.04-0.03-0.02-0.01 0

0.01 0.02 0.03 0.04 0.05t���������������������

SS_10
SS_S5

0.06

SS_P1

�
� 0.04��
� 0.02

SN_05
SN_10
SN_P2

�

(4)SS_P1

SS_05

�

-300

� 0.12
�
�
� 0.1
�
�
� 0.08
�
�

0

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

����������(����)�������������������

155

�

�
�
500

�����

(MPa)

�
�
� 400
�
�
�
� 300
�
�
�

SS_05
SS_10
SS_S5

�
�
� 100
�
�

SN_05

�

200

SS_P1

SN_10
SN_P2

�
0

0

100

200

300

400

500

�����������(����)(MPa)�������������������

����� ������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
�������������������������
�������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
��������������������������

�������������������������������
������������ ���� �����������
��������� ������������� �������
�������������������
������������������������ ����� �����
����������������������� ������������������������������������������
���������������� ����������������
������������������������������
����������������������������������������
����� ���������������������������
������������������� �������
�������������������������������
����� ������ ���������������������
���������� �����������������
����������������������
��������� ������ ��������������
��������������������� �����
���������������������������������
�������� ��������������������������� � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � ��������������������������
�������� ������ ������ ������ ������
������������������ ��������
�������������������������������
�������������������� ��� ������
����������������� ���������
���������������������������������
������ ��� ��� ��� �� ��� �������������
����������������� ���������
���������������������������������

��������������

������ ��� ��� ��� ���������������
������������� �������������
������������������������������

�

�

�

�

�������������������������

�
�

�

�

�

�
�

156

�

�
�

����������� �
Graphitization of Glass-like Carbon������� ������� ������� �������
����������������������������������������������������������������������������
�������������������������������
�Glass-like carbon (GLC) is one of the homoatomic carbon alloys because it shows sp, sp2, sp3 signals in Raman
spectroscopy. Generally GLC is made by the carbonization of thermosetting resin as Furan resin, Polyimide resin etc.
The stable phase of carbon in ambient pressure and high temperature is graphite, but GLC is very stable even if it isheat-treated at 3000�. However GLC can be changed into graphite with molecura arrangement of aromatic carbons,specificity of surface and stress assistance. To make easy the rearrangement of graphite some kinds of decomposition
at high temperature is effective, because the bonding in graphen sheet is covalent and it required high activationenergy for rearrangement. This paper reviewed the graphitization of GLC in the above view point.

Key Words : carbon, glass like carbon, carbon alloys, graphite, carbonization, GLC

������

���������������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

����������������������������

������������������� ����� ���� ������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

������������������

��������������������������
����������������������������
����������� �����������������

��������������������������
��������������������������������

��������������������������

�������������������������

�������������������������������

������������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������

�������������������������

���������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

�������������������������� �������

������������������������ �� ��������� �������� ���������� �������� �������� �������� ������

���������������������������

�����������������������������������

��������� �� ������������������������� � � � � � ���� � � �������� ��������� ������� ���������������������������

�������� ����������������������

��������������������������

���������������������������

��������������

�����������������������������

�������������������������������

���������������������������� � � � � � � � � � �� � � � �� � � � � � � � ���� �
157

安田������������������������

���������������������(a)1500�

(b)1800�

(c)2000�

(d)2200�(e)2600�

(f)3000���� ������������������������
������������������������
�������������������������

10nm�����������������

�����������������������

��� �� ��� ������������������
�������� ����������� ���� �� �������������������� ��������������������������������������������
��������������������������������
���������������������������
��������������������������������
�����������������������������
����������������������������
��������������� ������������ ����� ������������
����� �����������2.256 g/cm3 �������
�����������������Kawamura�����
�������10)������GLC����������
��������������������������
��������������

����������������������������
�������� ��

158

�
����

����

� ������������������
���������������������������� �������������������������� �� ������� � ����������������

���������������
������������������������������� ��� ��������������������������
��������������������������

��������������������������

���������

����������������������������������
������� ������ ���������������������������
������������������������������ �����������
�����������������������������������
����������������������������
��������������������������
���������

�����������������
����������������������� ����������� � � � � � � � � � � ������������� � � � � ����������������������������������������������
��������������������������
����������������������������� �� ������ ��������������� �������������������������� ��� �����������������������������

��������������
���������������������������������

�������������������
�����������������������

��������������������������

��������������������������������

�����������������������������

��������������������������

�����������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������

�������������������������������

���������������������������

���������������������������
����������� �����������������������������

������������������������
�������������������������������
������������������������

�����������������������������

159

�
����

����
� ��������� ��������������������� ���������� �����������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������� � ������������������������
�����������������������
���������������� �������
�������� �������������������������������
������������������������
�������������������������
������������������������
������������������

�������
�������������������������
����������������������������
��������������������������������
��������������������������������� ��������� �����������������
���������������������������

�������������������������� ���������
����������������������������������������

�������������������

���������������������������� ���������������������������

��������������������������

�����������������������������

��������������������������

����������������������������

160

�������������������

������������������������������ ��������

������������������������ �����

����� ����������� ����������������

����������������������������� � ��������������������
������������������� �������� ������ �������

����������������������������

������������������� ��������� ���������������

�������������������������
�������������������������������
����������������������������������
�����������������������������
����������������������������
�������� ���������������������
�������������������������
������������������������������
���������������������������
�����������������

4.0

3.5�

3.0�

2.5

� 2.0mm

���HTT1000, HIPed������������������� ��������������������� ����������������������
��������������� ����HIPed at 2500� 200MPa

HIPed at 1750� 200MPa��������������������������
��������������������
������������ �������������������������
�������������������������
��������������������������
���������������������

������������������
�������������������������� ��������������������� ��� ����������������������������������������

���������������� ���������������������������������
161�������������� �� �����������������
��������������������������������
����������������������������

Carbon , Nuclear Engineering. 159-161 (1962).
5)

S.Yamada and H.Sato: Some Physical Properties of Glassy
Carbon, Nature, 193, 261-2 (1962)

6)

S.Park, E.yasuda, T.Akatsu, Y.Tanabe, M.Kakihana andK.Ozawa: Evolution of Microtexture in Furan resin-derived
Carbon with Heat-treatment,Carbon, 33, 1377-1381 (1995).

���������������������� ������ ����������������������������
�����������������������
���������������������

��
9)�����������������������������
K.Fukuyama, T.Nishizawa and K.Nishikawa: Investigationof pore structure in Glass-like carbon prepared from furan
resin, Carbon, 39, 2017-2021 (2001).

�����������������������������
����������������������������
������������������������������
���������������������������
�����������������������������
�������������������������
�������������������������������
�������������������������
���������������������� ���������
�������������� ������������������
������������� �����������������
���������������������

�����
�

����� ��������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
�������������������������
���������������������������
�����GLC��������������������
�����������������������

����������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������� ��������������������

�����
1)

E.Yasuda: Carbon Alloys, edt. by E.Yasuda, M.Inagaki,
K.Kaneko, M.Endo, A.Oya and Y.Tanabe, Elsevier 2003.

��������������������������
��������

�������� ���������������������
��������� ����������������������
����������
H.W.Davidson: The Properties of G.E.C., Impermeable

4)

162

10) K.Kawamura, S.Ozawa and H.Endo: Volume expansion ofglass-like Carbon upon high temperature heat treatment,
Carbon, 41, 191-194 (2003).
11) Y.Korai, K.Skamoto, I.Mochida and O.Hirai: Structural
correlation between micro-texture of furan resin and its
derived glass-like carbon, Carbon, 42, 221-223 (2004).
12) Burger, E. Fitzer, M. Heym and B. Terwiesch: Polyimides
as precursors for artificial carbon, Carbon, 13, 149-157(1975).
13) M.Murakami and S.Yoshimura: Highly conductive Graphite
Film Prepared from Pyrolysis of Poly (p-Phenylene
Vinylene), Synth. Met. 14, 207-213 (1987).
14) M.Inagaki, T.Takeichi, Y.Hishiyama and A.Oberlin: High
Quality Graphite Films Produced from Aromatic Polyimides,“Chemistry and Physics of Carbon: vol.26”, Edt by
P.A.Thrower and L.R.Radovic, 245-333 (2000).
��� Y. Hishiyama, A. Yoshida and Y. Kaburagi: Resistivity, hallcoefficient, magnetoresistance, and microtexture of cellulose
carbon films, Carbon, 31, 1265-1272 (1993).���� ��������������������� �����
������������������������ ������
����������������
17) Y.Tanabe, J.Yamanaka, K.Hoshi, H.Migita and E.Yasuda:
Surface graphitization of Furan-resin-derived carbon,
Carbon, 39, 2347-2353 (2001).
��� ��������������������������
�������������������������������� ������ �������������������
���������������������������
20) M.Inagaki and R.Meyer: Stress Graphitization, in Chemistry
and Physics of Carbon vol.26, Edt by P.A.Thrower and
L.R.Radovic,149-244, (2000).
21) E.Fitzer and B.Terwiesch: Carbon-Carbon Composites
Unidirectionally reinforced with carbon and graphite Fiber,
Carbon 10, 383-90 (1972).
��� ��������������������� �����
���������������������������
�����������������������������
23) Y. Tanabe, E. Yasuda and S. Kimura: Microstructuredevelopment of furan resin derived carbon by� hot-pressing,
Ext. Abst. of The 18th Biennial Conference on Carbon, 241242, Worcester, USA. (1987).
��� ������������������������ ���������������������������
��������������������������������
25) K.Fukuyama, T.Nishizawa and K.Nishikawa: Effect of hit
isostatic pressing on nanopore in glass-like carbon preparedfrom phenol-formaldehyde resin, Carbon, 39, 1863-1867(2001).

���������������
��������������������

Recent Development in Soft Solution Processing�
Direct Fabrication of Ceramics Films and Patterns������������������ ��������������������������������������������������������������

�
�

�

�

���������������� ����� ����������
�We are proposing Soft Solution Processing (SSP) where advanced ceramics can be preferably fabricated insolution(s) directly into desired composition, structure, shape, size, location, orientation, etc., in a closed system. We
have succeeded to prepare films of BaTiO3, SrTiO3, CaWO4, BaMoO4, YVO4, LiCoO2, LiNiO2, ZnFe2O4, etc., insolutions at low temperatures of RT-150ºC. The fabrication of patterned films for LiCoO2, PbS, CdS, BaTiO3,
SrTiO3, etc., have also been succeeded in/from solutions at the low temperatures without post firing. The soft process
will contribute to sustainable development of human society.
�

Key Words: soft process, ceramic, solution, film, pattern������������������1)-4)

� ���������������������������� �����������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

�������

��������������������������� �������������������������������

�������������������������

��������������������������������

��������������������������

��������������������������

������������

�������������������������������� ���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������� �� �����

���������������������������� ���������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������

����������������������������

����������������������������

�����������������������

�����

�����

�����������������������

����������������������������� ��������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������� ����������

������������������������� ��������������������������
��������������������������

163

�

吉村

������

���������
������
���

���

��

������
�����������
�����������

���������
���������

��������
������ � ������������������������
������ �� ����������������
�����������������������
��������������������� ������ ��������������������� � ��� ������������������������
������ ������������ ���������������

��������������������������
���������������������������
������������������������������ ������������������� ������������ �����
����������� �������� �������

�����������������������

��������������������������� ���������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������

���������������������������� ��������������������������

���������������������������

������������������������������

���������������������������

��������������������������� ����������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

������������������������������

��������������������������

��������������������������
��������������������������

���������� �����������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

������������������� �����������������
�����������������������������������

��������������������������

164�

��� ��������������������� ����
������
������

��������
���������
����������

����
�����

��
�
���
�
��

�����
�����������

������
�������

������
������
������

����������������������� � � � � ��� �������� � ������� � � � � � � ������������������������������� �������� ����������������� � � � � ������� �� ��� ���������
�����������������

������������������������������
�������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������

����������������������� �������������������������
������ ���������������������

���������������1)-4), 7)���������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������� �������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
�����������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
�������������������������
��������������������������
���������������������������
165

�

��� ����������������������
���������
������������

��������(CaCO3�������������������
������������������

���������
(Ca10(PO4)6(OH)2���

��������������������

�����
(Fe3O4�������������������������

����
(SiO2�H2O)

������������������������
������

����������(CaSO4�2H2O���

����������

�����������������������������
�����������������������������
������������� � � ��� ������������� �������

�
�
�
��
�
��
��
��
�
��
�
�

�
��

��

�

�����������
������

���������

���������

������

������������ ������������������������
��������������������������
�����������

�����������������������������������
�������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������

���������������������������� ��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������� ��������������������������
���������������������������� ��������������������������
��������� ������������������������

��������������������������

����������������������������

����������������������� �������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

�������

��������������������������� ��������������������������

�����������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

����������������������������

�������������������������� ��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������

166

�

���������������������������

(a)��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
����������������������������

5�m����������������������������
��������������������������
�������������������������
��������������(b)� ���������������������������
���������������������������������
���������������������������
��������������������������

LiCoO2 ����������������������������
��������������������������
��������������������������
����

10�m

�����������������������������
���� �������������������������� ��������������������� ������ �� ��� ����������� � �������

�����������������������������
����������������������������
���������������������������
���������������������������
�����������������������������
��������������������������

����������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � ������ �������������������������������
��������������������������������� ���������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
�����������������������������

���������������������������

�����������������

������������������������� �������������������������

���������������������������7)-11)� ����������������������������
����������������������������
����������������������������
�����������������������������
���������������������������
���������������������������
����������������������������
��������������������������
����������������������������
���������������������������
������������������������
����������������������������

��������������������������
���������������������������
����������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
������������������������������
����������������������
��������������������������������
����������������������������
����������� �����������������
����������������������������

167

�

���������������������������
������������������������������
��������� ���������������������������� �������� ���������� ��� �������������
�����������

����������������� ���������������������������
���������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
����������������������������
�������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������� ������������������������������
����������

���������������������������
����15)-19)
� ���������������������������
����������������������������
�����������������������������
������������������������������� �������������������� � ����� � ����������������������������������� ����������������� ������ ���������������������

������������������� ���������� ��������������������������� ��������������������������
���������������������������
���������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������������
168

������ ����� ���������������������������
��������������������������
����������������������������

���������������������������
�������������������������

�����������������������������

�������������������������������
���������������������������

�������������������������
�����������������������
��������������������������������

�������������������������
������������������������
�����������������������������

�������������������������
�������������������������

6)

S. Mann: Biomineralization and Biomimetic Materials
Chemistry, Biomimetic Materials Chemistry, p. 27 edited
by S. Mann, VCH Publishers, Inc., New York, USA (1996)

7)

M. Yoshimura, et al.: Soft Solution Processing for
Advanced Inorganic Materials, MRS Bulletin, Special
Issue, 25 [9] 12-13, 17-25 (2000)�������������������������
����������������������������
�����������������

�������������������������
������������� ����������
������������������������

����������������������������
������������� ������������������
���������������������������
���������������������� �����������
���������������������������
��������������������� ���������������������������
�����������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
���������������������������
�������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
�������������������������
����������������������������
�������������������������
��������������������������
���������������

����������������������������
�������������������� �������������
���������������

������������������������������
������������������

�
����

��

11) M. Yoshimura, S-E. Yoo, M. Hayashi, and N. Ishizawa;
Japan J. Appl. Phys., 28, L2007-2009 (1989)
12) S. Swamy, Jose M. Calderon-Moreno, and M. Yoshimura:
Stability of Single Wall Carbon Nanotubes under
Hydrothermal Conditons, J. Mater. Res., 17 [4] 734-737(2002)
13) Y. Gogotsi, J. A. Libera, and M. Yoshimura: Hydrothermal
Synthesis of Carbon Nanotubes, Perspective of Fulleren
Nanotechnology, edited by E. Osawa, Kluwer Acad. Pub.
Co., pp. 253-264 (2001)
14) T. Watanabe, H. Uono, S-W. Song, K-S. Han, and M.
Yoshimura: Direct Fabrication of Lithium Cobalt Oxide
Films on Various Substrate in Flowing Aqueous Solutions
at 150�, J. Solid State Chem., 162, pp. 364-370 (2001)��� �������� ���������� �����
�����������������������
��������������� �����������
�����������������������
16) R. Teranishi, T. Fujiwara, T. Watanabe, and M.
Yoshimura: Solid State Ionics, 151, pp. 97-103 (2002)17) �������� ���������� �����
���� 6448148 (USA)� (Sept. 10, 2002)����������������������������10) M. Yoshimura, Key Engineering Materials (2001), 206213, pp. VX-XX

�����������������������
���������������� �����������
���������������������� �18) T. Fujiwara, Y. Nakagawa, S-W. Song, T. Watanabe, R.
Teranishi, and M. Yoshimura: Chem. Phys. Lett., 363, pp.
369-373 (2002)
19) T. Fujiwara and M. Yoshimura: J. Electroanalytical Chem.
559, pp. 63-68 (2003)
20) S. Araki and M. Yoshimura: J. Euro. Ceram. Soc.�������� S. Araki and M. Yoshimura: Int. J. Appl. Ceram. Tec., 1,
pp. 155-160 (2004)�

�����������������������

�

�
169

�

�
�

����������
Ceramics Superplasticity
�����Fumihiro Wakai��������������
�

Ceramic materials can be deformed extensively in tension above approximately half the absolute melting point
provided it has a fine (< 1 �m diameter) equiaxed grain size that is stable during deformation. Since the discovery ofsuperplasticity in ZrO2-based ceramics in 1986, studies on ceramics superplasticity have evolved during the past
decades, because of potential applications for superplastic forming. Micrograins move past one another by grainboundary sliding during deformation. The analysis of grain boundary dynamics provides insight on the role of grainboundary in superplasticity and grain growth. Here, we review the current knowledge on ceramics superplasticity
with a focus on how the grain boundary affects deformation behavior.

Key Words : superplasticity, deformation, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, composites������

�� ��������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
�����������1)���������������
�����������������������������
����������������������� �������� ������������������������������
���������������������������
����������������������������� ���������������������������� ���������� ������������������������������

�������������

�������������������������� ��������������������������

���������������������������

����������������������������

������������������������������

�������������������������������

����������������������������� ������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

������������������������

��������������������������� ���������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

����������

����������������������������

�����������������������������

����������� �����������

����������

���������������������������
�������������������������

���������������������������

�

170

�

����

�
����������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
�������������������������������

������������������������� �������������������������������� ���������������������������

���������������������������
���������������������������
���������������������������
�������������������������
������ ��������������������������
����������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
������������������������������� ��������������������������� �������������������������

��������������������������

���������������������� f ����� ������������������������

��������������������������

�������������������������

������ f �������������������

�������������������������

��������������������������������

��������������������������

��������������������������

������������������� ���������

�������������

��������������������������

�����������������������������

����������������������

���������������������������

��������������������������
�������������������������������
��������������������������������
���������������������������
���������������������������
����������������������������
���������������������������� ����������������������������
���������������������������
����������������������������
�������������������������
���������������������������� �������������������������
�������������������������
��������������������������
������������������ �������������������������
��������

�� �

p

n

AGb � b � � � � � 0 �� � �� D � � (1)�kT � d � � G ����� �� ������� b ����������� G ����� � ���� � 0 �������� n ������ D ������ Q ���������� k ��������� d ����������������������������������

p ����������������������� p�������������������������

���������������������������

�����������������

�����������������������
171

�

若井

��������������������������

����������������� ���������������������������

�������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

���������������������������
������������������������ n � 2�������������������

��������� n � 3 ���������������

��������

��������������������������

������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������
������������� n � 2 � p � 2 �������

���������������������������
���������� n � 2 � p � 2 ���������� � � � � ����� � � � � � � � � � � � � �� ���n � 2 �����������������������

���������� n � 2 �� n � 3 ����������
��������������������������

��������������������������

�����������������������������

���������������������������

����������������������������

��������� �������������������

����������������������������������

������������

����������������������������

�������������

�������������������������
�������� n � 2.5 ���������������

�������������������������
���������������������������
�������������������

����������������������������������
���������������
�������������������������

������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������

��������������������������

������������������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������������������

�����������������������������

�����������������������������

������������������������������

����������������������������

�����������������������������

�����������������������������

���������������������� ������������

�����������������������

����������������������������

�������������������������

�������������������

��������������������������

������������������������

�������������������������

������������������������
� gb ������������� � sl ��������

������������������������������
������������������ ��������������������������
�������������������������
������������������������������
������������������������ ������������������
��������������������������
���� �������������������������
�������������������������
172�

� gb / � sl � 2 ����������������������
���������������������������
��������������������������
�������������������������������
��������������������������
���������������������������
��������������������������
�����������������������������

������������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

������ ���������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

�����������������������������

����������������������������

��������������������������

�������������������������

�������������������������

�������

�������������������������

�������������������������������
�������������������

��������
����������������������������
����������������������������
��������������������������
����������������������������
�������������� ��� �����������
��������������������������
��������������������������
�������������������������
�������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
����������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
����������������������������
��������������������������
������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������
�����������������������������
��������������������������
�����������

��������
�������������������������
��������������������������
��������������������������
���������������������������
������������������������
���������������������������

1)

Wakai, F., Kondo, N. and Shinoda, Y.: Ceramic
superplasticity, Curr. Opin. Solid State Mater., Vol.4, pp.
461-465, 1999.
2) Wakai, F., Sakaguchi, S. and Matsuno, Y.: Superplasticity
of yttria-stabilized tetragonal ZrO2 polycrystals, Adv.
Ceram. Mater., Vol. 1, pp. 259-263, 1986.
3) Wakai, F. and Kato, H.: Superplasticity of TZP/Al2O3
composite, Adv. Ceram. Mater., Vol.3, pp. 71-76, 1988.
4) Wakai, F., et al.: A superplastic covalent crystal
composite, Nature, Vol.344, pp. 421-423, 1990.
5) Shinoda, Y., Nagano, T., Gu, H. and Wakai, F.:
Superplasticity of silicon carbide, J. Am. Ceram. Soc.,
Vol. 82, pp. 2916-2918, 1999.
6) Shinoda, Y., Nagano, T. and Wakai, F.: Fabrication of
nanograined silicon carbide by ultrahigh-pressure hot
isostatic pressing, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 82, pp. 771773, 1999.
7) Shinoda, Y., Yoshida, M., Akatsu, T. and Wakai, F.:
Effect of amount of boron doping on compression
deformation of fine-grained silicon carbide at elevatedtemperature, J. Am. Ceram. Soc., Vol. 87, pp. 1525-1529,
2004.
8) Wakai, F., Kodama, Y. and Sakaguchi, S.: Superplasticity
of hot-isostatically pressed hydroxyl apatite, J. Am.
Ceram. Soc., Vol. 73, pp. 457-460, 1990.
9) Wakai, F. and Aldinger, F.: Equilibrium configuration ofparticles in sintering under constraint, Acta Mater., Vol.
51, pp. 641-652, 2003.
10) Wakai, F. and Aldinger, F.: Sintering through surface
motion by the difference in mean curvature, Acta Mater.,Vol. 51, pp. 4013-4024, 2003.
11) Wakai, F., Enomoto, N. and Ogawa, H.: Three
dimensional microstructural evolution in ideal grain
growth – general statistics -, Acta Mater., Vol. 48, pp.
1297-1311, 2000.
12) Wakai, F., Shinoda, Y., Ishihara, S. and DomínguezRodríguez, A.: Topological transformation of grains inthree-dimensional normal grain growth, J. Mater. Res.,
Vol. 16, pp. 2136-2142, 2001.
13) Ashby, M. F. and Verrall, R. A.: Diffusion accommodated
flow and superplasticity, Acta Metall., Vol. 21, pp. 149163, 1973.
14) Wakai, F., Shinoda, Y., Ishihara, S. and DomínguezRodríguez, A.: Topological transformation of grains insuperplasticity-like deformation, Acta Mater., Vol. 50, pp.
1177-1186, 2002.
15) Muños, A., Gómez García, D., Domínguez-Rodríguez, A.
173

�

�
and Wakai, F.: High temperature plastic anisotropy of
YTZ-single crystals, J. Euro. Ceram. Soc., Vol. 22, pp.
2609-2613, 2002.
16) Yoshida, M., Shinoda, Y., Akatsu, T. and Wakai, F.:
Deformation of monoclinic ZrO2 polycrystals and Y2O3stabilized tetragonal ZrO2 polycrystals below themonoclinic-tetragonal transition temperature, J. Am.
Ceram. Soc., Vol.85, pp.2834-2836, 2002.
17) Yoshida, M., Shinoda, Y., Akatsu, T. and Wakai, F.:
Superplasticity-like deformation of nanocrystalline
monoclinic zirconia at elevated temperatures, J. Am.
Ceram. Soc., Vol.87, pp.1122-1125, 2004.
18) Gu, H., Shinoda, Y. and Wakai, F.: Detection of boron
segregation to grain boundaries in silicon carbide by174�

spatially resolved electron energy-loss spectroscopy, J.
Am. Ceram. Soc., Vol. 82, pp. 469-472, 1999.
19) Gu, H., Nagano, T., Zhan, G-D., Mitomo, M. and Wakai,
F.: Dynamic evolution of grain-boundary films in liquidphase-sintered ultrafine silicon carbide material, J. Am.
Ceram. Soc., Vol. 86, pp. 1753-1760, 2003.
20) Wakai, F.: Step model of solution-precipitation creep,
Acta Metall. Mater., Vol 42, pp. 1163-1172, 1994.
21) Kondo, N., Ohji, T. and Wakai, F.: Strengthening andtoughness of silicon nitride by superplastic deformation, J.
Am. Ceram. Soc. , Vol. 81, pp. 713-716, 1998.
22) Nagano, T. and Wakai, F.: Superplastic diffusion bondingof ceramics, J. Ceram. Soc. Jpn., Vol. 100, pp. 1279-1284,
1992.

�������������������
Damage behavior of carbon-related materials impacted�
by a high velocity projectile����������������������
�����������������
�
Impact damage behavior of carbon-related materials has been investigated using ultra-high speed cameras, and/or
high pressure and high strain-rate gauges. In this paper, the behavior observed/investigated in the author’s laboratoryis briefly reviewed.
�

Key Words: impact damage behavior, ultra-high speed photography, carbon-related materials��� ����� �������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

����������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

������������������������������� ��������������������������

��������������������������

��������������������������

�����������������������������

��������������������������

�����������

�������������������������

�������������������������

���������������������������

�����������������������������

������������������������������������

������������������������������

��������������������������������������

������������������������������

����������������������������������

����������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������

���������������������������������

��������������������������

������������������������������

���������������������������

����������������������������

���������������������������

������������������������������� �������������������������

������������������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

����������������������������

��������������������������

�����������������������������

����������������������������

����������������
175

田邊�� ���������������������������

������������������������

�����������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������������

�������������������������

�������������������������

�����������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

����������������������������

������������

��������������������������
���������������������������

�������

���������������������������� ���������������������������

���������������������������

����������������������������

����������������������������� � � � � � � � � � � � � � � � � � ���������� ���������������������������

�����������������������������

�������������������������

���������������������������

���������������������

��������������������������� ��������������������������

����������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������

��������������������������� �������������������������

�����������������������������

��������������������������

��������

�������������������� ������������������������������ ����������
���� ��������������

���������������������������� ��������������������������

����������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������
��������������������������

������� ��������������

����������������������������
���������������������������
��������������������������
��������������������������

��������� ����������������� � � �����������������
���������
��������������
���������
���������������
���������
��������������
���������
��������������

������������
�����
�����
������
������

��������������������������

��������������������������

����� ����� ��� ����

���
�����
������
�������
������
������������
�������
�������

���������� �����
�������
�������
�������� �����
���������
���������
���������� � �� � � �������
������������
�������
��������
�������
��������
�������
��������
�������� � ����
�������
����������� ���������
����������� �����
����������� �������

�������������� �������������������������
���� ������������

176���������������

Impact velocity / ms-1
2518
1454
2056

0

0

Ten sheets AF�������
7-8mm
cloth
Al Al

0

rear

1236
TU6, TU2

TU6, OU6

OU6, OU2
IU6, IU2
SU6

YU6, YH6

IU6, SU6

XU2

�����

40

YU6
YH6, YH2

Ballistic limit
of XU220

front

1000 2000 3000
Impact energy / J

-1

1070

������

60

Absorbed energy Eab / J

Diameter / mm

No sheets

�����

874

line

20

Ten sheets CF

Impact velocity Vi / ms

80 Critical perforation

One sheet

10

618

0
0

Plugging
fracturezone�������

100

Fluid
fracturezone

Impact energy Ei / J

200���� �����������������������

���� �������������

�����������
�����������

������������

�����������

���� ����������������� ���� ����������

�������

��������������������������� ���������������������������

�������������������������

���������������������������

����������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������� �� �������������������������������

����������������������

���������������������������

�������

����������������������������� ���������������������������������

���������������������������

���������������������������

������������������������

177� ���������������������������������
���������������������������
�������������������������
�������������������

����
�����

���
�����

���������
�������

������ ����������������������������
������������������������������� �����
���������������
��������
������
�������
����������
����������
����������������������������

3������������������������������

2.5������������������������������

2���������������������
�����������

1.5

� ���������������������������

1��������������������������

0.5������������������������ �� �����������������������������
���������������������������
�������������������������������
����������������� ������������� ��� ����������������������

0
-0.5
0

1

2

3

20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
-2
0

1

2

3

����������
���� ����� ������� �� ������ �� ������� ������ ���� ������

������������������������� �����

��������������������������

���������������������������� � � � � � � � � � � ������� � � � � � � � � ���������������������������

�����������������������������

�����������������������������

���������������������������

�������������

��������������������������
��������������������������

��������

��������

������������
�������������������������
��������������������������
������������������������������
��������������������������

��������

��������

���������������������������
�������������������������
�����������������������������
������������������������

������

��������������������������
��������������������������

������������

������������

�����������������������
������ �������������� � ������������������������
����������������������������
������������������������������
������������������������������
����������
����������� �������������������������
178����������������������
������������ ��������������������������
��������������������������
����������������������������
�����������������������������
����������������������������
���������������������������
��������������������������������
��������������������������
��������������������������

�����������

���������������������������� ��������������������������

����������������������������

�������������������������

��������������������������

������������������������������

���������������������������

��������������������������

���������������������������

�������������������������

�����������������������������

����������� �������������������

���������������������������

��������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������� ���������������������������
��������������������������

����������������������������

����������������������������

����������������������������

��������������������������

�����������������������������
���������������������������
��������������������������
������������ ��� �������������
���������������������������
������������������������������
����������������������������
�����������
������

4) Y. Tanabe, K. Sasaki, T. Akatsu, E. Yasuda and A. B. Sawaoka,
Damage Behavior of Carbon Materials by Impact of a High
Velocity Sphere, "Proc. 6th Int'l Symp. Ceramic Materials andComponents for Engines" pp.511-515, 1997 [held in Arita, Japan].

�����������

������

���� ����� ������� �� ���� � ������� ���� �����������

-1

Stress rate � / Pas�17) Tanabe, Y., Saitoh, T., Wada, O., Tamura, H., and Sawaoka, AB.:An Overview of Impact Damages in Ceramic Materials, Report of
RLEM TIT, No.19, pp.223-244, 1994.

0.8
0.6

G540(by OFHC
copper projectile)
G540(by SUJ2
projectile)
MS-G(by OFHC
copper projectile)
CX-31(by OFHC
copper projectile)

0.4
0.2
0
0

5) Fujii, K., Aoki, M., Kiuchi, N., Yasuda, E. and Tanabe, Y.: Impact
Perforation Behavior of CFRPs using High Velocity Steel Sphere,
Int'l J. Impact Engng., 27, pp.497-508, 2002.
6) Tanabe, Y., Saitoh, T., Akatsu, T. and Sawaoka, A.B.: Crater
Formation of Carbon Materials by an Impact of a High Velocity
Sphere, Carbon, 33, pp. 1547-1552, 1995.

17[�10 ]

1) LASA Shock Hugoniot Data, ed. S.P. Marsh, University ofCalifornia Press, 1980.

3) Tanabe, Y., Wada, O. and Sawaoka A.B.: Impact of High Velocity
Projectile to Carbon-Fiber Fabric and Alumina-Fiber Fabric,
Advanced Composite Materials, 6, pp.467-173, 1997.

���������������2) Iglseder, H., and Igenbergs, E.: Int’l J. Impact Engng., 10,
pp.271-280, 1990.
������

������ �������������������������
��������������������������
����������

1

2
3
4
�
-1
Strain rate � / s5
6[�10 ]

���� ������� ��� ������������
�����

�

�����
� �����������������������������
��������������������������

8) Tanabe Y., Aoki, M., Fujii, K., Kasano, H., and Yasuda, E.:
Fracture
Behaviorof
CFRPs
Impactedby�
Relatively-High-Velocity Steel Sphere, Int'l J. Impact Engng., 28,
pp.627-642, 2003.
9) Fujii K., Yasuda, E., Akatsu, T., and Tanabe, Y.: Effect ofCharacteristics of Materials on Fracture Behavior and Modeling of
It using Graphite-related Materials with a High-velocity Steel
Sphere, Int'l J. Impact Engng., 28, pp.985-999, 2003.
10) Fujii, K., Yasuda, E., and Tanabe, Y.: Dynamic Mechanical
Properties of Polycrystalline Graphites and a 2D-C/C Composite
by Plate Impact, Int. J. Impact Engng., 25, pp.473-491, 2001.
11) Tanabe, Y. and Aoki, M.: Stress and Strain Measurements in
Carbon-related Materials Impacted by a High Velocity Steel
Sphere, Int'l J. Impact Engng., 28, pp.1045-1059, 2003.
179

�
�

�����������������
��������������
Evalution of Local Mechanical Properties
by Using the Nanoindentation Technique��� ��
���������������
���������������

The correct measurement and analisys of the correlation between load P and penetration depth h is substantially
important for the evaluation of mechanical properties through the nanoindentation technique. A home-madenanoindenter with a unique system was developed to measure accurate P-h curve without any calibration. Also, anovel analisys to derive correct mechanical properties from the P-h curve was developed through the indentation
simulation by using the finite element method. In this study, how to evaluate local mechanical properties under theindentation-induced stress-concentration was proposed.

Key Words : nanoindentation, hardness, Young’s modulus, finite element method����������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������

��������������������������

������������������������

��������������������������

��������������������������

���������������������������� � � ������������������������

��������������������������

���������������������������

��������� � ���������������� � ����������������������������

��������������������������

��������������������������

�������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

���������������������������

��������������������������

�����������������������������
��������������������������
������������ � � ���������������������
����������� �� ���������������
���������������������������
��������������������������

����������
������
������

���������������������������
��������������������������
���������
����������������� � ����������
��������������������������������
�����������������������������
���������������������������

� 180

���
���
����
�����
)

���� ��������������� � ��Young's modulus Eestimated /GPa�������������������������

230��������� ������� �� ������ �����������

220���� �����������������������

���������������������������
���������������������� �������
��������������������������

210
200
190
0

�������������������������������
��������������������������
����������������������������

Egiven=200GPa
0.1

0.2

��������������������������

0.3

0.4

���������������������������

0.5���������������������������

Poisson's ratio ����������� � ��������������������

���� ��������������������

�����P-h��������

��������������������
������ ������������ ��� ������

������������ � �������������������

�������� ���������� ��������

������������������������������

����������� �����������

��������� ��������������������� ������ � ���������� ����������

�������������������������

�����������������

�����������������������������

����������������

����������������������� � ���� ���������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������������������

��������������������������

���������������������������

��������������������������

������ � � ������������������

��������������������������������

���������������������������

�������������������������

��������������������������

�������������� ������ ������� � ���������������������

������������������������������

��������������
�����������

�htrans�hbend
�����
��

赤津

��

��
���������

��������

��������

���� �������������������������������

181

�

�

30

�����������������������������
������������������������������
��������������������������
��������������������������

20

k2/ke

��������� ��������������� ������������
�������� ������������������������

10��������������� ���������������
��������������������������
���������������������������

0��������������������������

0.2

�� � �����������������������
������������

0.4

0.6

hr/hmax

0.8

1���� �����������������

�������������� � �������������
�������������� �� ����������
���������� ��������������������hr/hmax��������������������������4)����ke�����������������������hr/hmax�P-h����������������������������
����������k2 ��������E�� �����
����������������k2=ke�������k2���������������������������
�������������k2�������������
���� ����������������������

���������� 5)������������k2/ke�
hr/hmax��������������������������

k 2 1 � A�hr hmax �B�ke 1 � C �hr hmax �D����������������������������

���������������������������

��������������� � �������������

����������������������������

����������������������� � �� � ����� �������������������������

�����������������������������

���������������������������������

40

�=0.499
�=0.4
�=0.3
�=0.2
�=0.1
�=0

�/2=70.3�

10
0

(a)

2

2

4

6

8

10

hr
hmax
Penetration depth h /�m

-2

20

1.5

12

Load P /N30������������ke���/2�70.3��60�������

E=200GPa
�=0.30
Y=20GPa
�/2=70.3�

1

ke /10 N�m

Pmax

(1)

� � �

0.5

���� ������������������ � � � ���� ��������������� ��������������������������
�������������������

182

�

0

200

400

600

Young's modulus E /GPa

800

�

(b)

�=0.499
�=0.4
�=0.3
�=0.2
�=0.1
�=0

ke /1012 N�m-2

1 �/2=60����������������������������
������������������ ���������
���������������������������� �� ���������������������������
���������������

0.5

1
1 � � 2 1 � � i 2 � � � � � � � (2)
�
�
Er
E
Ei
��������i����������

0

200

400

600

Young's modulus E /GPa�������������� ���������������� ����������
������������������������

800

����

���� ������������������� ���������

��������������������������

������� �����

��������������������������

������������� �����������������

�����������������������������

��������������� �� ������������

�������������������������

������� �������������

����������������������������

���������������������� �������

���������������������������

��������������������������

��������������������������� ���������������������������
������������������������������
�����������������������������
������������������������� ������������� �� ����������������

�������������������������

��������������������������

��������������������

������������������ �������������

��������� ����������� ������������������� �������� �� ��������������������

���������������������������
�������������������������
���������������������������
���������������������������
����������������������������� ������������������������������

Young's modulus E /GPa���������������������������

220��������������������

210 �/2=70.3�

�����

200
190

1) Sakai, M., Shimizu, S. and Ishikawa, T.: The indentationload-depth curve of ceramics, J. Mater. Res., Vol.14, pp.
1471-1484, 1999.

�/2=60�2) Oliver, W.C. and Pharr, G.M.: An improved technique fordetermining hardness and elastic modulus using load anddisplacement sensing indentation experiments, J. Mater.
Res., Vol.7, pp. 1564-1583, 1992.

1973) Sneddon, I.N.: The relation between load and penetration in
the axisymmetric Boussinesq problem for a punch ofarbitrary profile, Int. J. Eng. Sci., Vol.3, pp. 47-57, 1965.

180
170
0

0.32

0.1 0.2 0.3 0.4
Poisson's ratio �

0.5���� ���� ������������������� ���������
�������������� �� �������������

4) Hay, J.C., Bolshakov, A. and Pharr, G.M.: A criticalexamination of the fundamental relations used in theanalysis of nanoindentation data, J. Mater. Res., Vol.14, pp.
2296-2305, 1999.
5) Sakai, M.: Elastic recovery in the unloading process ofpyramidal microindentation J. Mater. Res., Vol.18, pp. 16311640, 2003.

183

�

あとがき
沿革を書いていて時代の絢を感じた。 建築材料研究所は、 関東大震災にも耐えられる耐震耐火建築の研究を目指して設置され、 建築材料としてのセメント、 煉瓦、 ガラス、 碍子、 ボイラーの研究にも力を注いでいた。 窯業研究所は、 海外からの窯業製品に頼らないようにするために設置され、 建築材料研究所
での上記の材料の研究と、 耐火物、 炭素製品、 研磨材の研究が加えられてスタートした。 昭和 33 年にこれら２つの研究所の重複を避けて、 関連分野の発達に即応できる体制となった。 すなわち、 応用セラミックス研究所は、 新素材ブームで名前こそセラミックスとはなったが、 同じ DNA の分離と融合である。 法人化で大きなうねりが押し寄せてきつつあるが、 これからも一丸となって社会に貢献して行くことは間違いないと信じている。

今回、 創立 70 周年を迎えるにあたり、 創立 30 周年と創立 50 周年で、 立派な本が出版されていることから、創立 70 周年でも足跡を留めるために、先輩諸氏のお言葉と、研究の総説集を出版しようということになった。
70 周年行事を行うことは、 一年前から所長が表明していたが、 出版の内容を決めたのが 2 月末であった。
しかもこれを式典の当日に配付することが、 所長命令で下された。 にもかかわらず、 ぎりぎりではあったが、式典に間に合わせることが出来たことは、 教員の先生方の御協力、 事務方の御協力の賜物と、 深く感謝する次第である。 特に、 事務室の園和係長、 遠藤さんはじめ非常勤職員の方々、 研究支援員の小野口さん、 廣瀬さんにはかなりの御負担をおかけした。 この場をお借りして厚く御礼申し上げます。

これからも本研究所の研究活動への御支援、 御協力をよろしくお願い致します。

（安田榮一， 山田哲， 和田章）

■創立七十周年記念行事実行委員会■
実行委員長
委員
委員
委員
委員
委員
委員
委員

和田
赤津
伊藤
鯉沼
中村
安田
山田
吉本

章
隆
満
秀臣
一隆
榮一
哲
護

■創立七十周年記念出版委員会■
出版委員長
委員
委員

安田
山田
和田

榮一
哲
章

■応用セラミックス研究所教育研究委員会■

184