1Vol. 61

巻頭
記事

No.4

MTERE2 61（4）189 〜 246（2022）

2022

鉄道の足元を支えるクロッシング

・ 金属なんでもランキング！

海水中の元素存在量・ 計算状態図に基づく軽量耐熱合金設計
・ 地球進化における鉄の水素化と硫黄の影響
・ 安定化ジルコニアの電極過電圧理論
実学講座

https: //jim.or.jp/

金属材料実験の手引き 1．組織観察1 5 組織写真のデジタル画像処理の基礎

https://www.jim.or.jp/journal/m/ ［ オンラインジャーナル ］

日本金属学会会報 2022年4月1日発行（毎月1回1日発行）Vol.61 No.4 ISSN 1340-2625

https://www.jim.or.jp/journal/m/2022
Vol.61
No.4

鉄道の足元を支えるクロッシング ………………………………………………………………189

巻頭記事

金属なんでもランキング

No. 18

海水中の元素存在量 ………………………………………………………193

計算状態図を基にした耐熱アルミニウム鍛造合金の設計と組織制御

最近の研究

高田尚記

鈴木飛鳥

小橋

眞…………………………………………………………………………195

計算状態図を活用した新規な耐熱アルミニウム合金の設計と熱処理による金属間化合物相の析出制御を紹介．従来材料よりも優れた高温強度を実現 

金属鉄の水素化反応に硫黄が及ぼす影響と地球核の進化過程
飯塚理子

鍵裕之………………………………………………………………………………………202

核が形成される原始地球を模擬した高温高圧下中性子回折その場観察実験から，鉄の水素化に硫黄が与える影響を明らかにした．地球核に含まれる軽元素の謎にせまる実験的なアプローチを紹介．

安定化ジルコニア固体電解質における電極過電圧理論と諸問題への応用小林

清……………………………………………………………………………………………………210

固体内イオン輸送理論と整合する電極過電圧モデルについて，安定化ジルコニアに適用した理論を紹介．さらに，このモデルから導出される諸現象を解説．

金属材料実験の手引き
1. 組織観察 15 組織写真のデジタル画像処理の基礎

実学講座

小林俊介…………………218

科学館めぐり鉄の歴史館(岩手県釜石市) 竹田 修 …………………………………………………………………225

はばたく

金属材料の「見方」を学んでスポットライト

パイプを炙った結果，音が出ました～熱音響機関を身近に～段野下宙志 ………………………………………………………228
森本紗羽……………229

亜酸化銅被膜と金メッキによる銅の青色着色の研究
遠藤隼介
本会記事

今月の表紙写真

菅原冬羽雅

山木大河

伏見慶太

渡邊

歩

池田

禮………………………………231

会告 ………………………………………………233

次号予告 …………………………………………243

掲示板 ……………………………………………239

行事カレンダー …………………………………244

書評 ………………………………………………241

新入会員 …………………………………………245

会誌・欧文誌 4 号目次 …………………………242

訂正 ………………………………………………245

Al
5Mg
3.5Zn(mol)合金への Ni 添加による粒界上における Al3Ni 相の生成．
（高田尚記 鈴木飛鳥 小橋 眞 著 199頁 図 6，図 7 より改変）

表紙デザインビーコン コミュニケーションズ株式会社 グラフィックスタジオ
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6
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3475
5619 E
mailinfo＠jaacc.jp http://www.jaacc.jp/
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O1

参考文献( 1 ) 海水の科学と工業日本海水学会，ソルト・サイエンス研究財団共編，(1994), 668.
( 2 ) 石川匡子日本醸造協会誌，113(2018), 126132.

次号金属素描
ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

No. 22

パラジウム



O

2

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3

公益社団法人日本金属学会への入会のおすすめ
公益社団法人日本金属学会は，本多光太郎先生のご提唱により1937年 2 月14日に創設され，金属及びその関連材
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計算状態図を基にした耐熱アルミニウム鍛造合金の設計と組織制御
高 田 尚 記鈴 木 飛 鳥
小橋
1)
2)

.

は じ

め

眞
3)

に

現状，アルミニウム( Al )合金の高温部材への適応は限られ て い る が ， 耐 熱 性 Al 合 金 に 分 類 さ れ る 2218 合 金 ( Al 
4Cu 2Ni 1.5Mg ( mass ))や 2618 合金( Al 2.3Cu 1.2Mg 
1.1Fe 1.0Ni ( mass ))または 354 鋳造合金( Al 9Si 1.8Cu 
0.5Mg (mass))が自動車用エンジンのターボチャージャにおける圧縮機内部のインペラ等に使用されている(1) ．例えば，今世紀に入り環境規制の厳格化によって普及した燃費の良いディーゼルエンジンは，トルク・出力の向上，排気ガスクリーン化を目的としてターボチャージャが搭載されている．更なるエンジン高効率化には，圧縮機内部の高温・高圧

図1

既存の AlCu 系合金(2618合金および2218合金)の温度に伴う引張強度の変化．

化による圧縮比向上が効果的であり，インペラ部材の高温強度の向上が要求される．
現状主に使用されている合金( 2618 )の適応限界温度は200°
C以下であり，Al の融点 Tm の半分以下に相当する．図相の体積率，(2)強化相の不安定性(準安定相の使用)が既存の Al 合金の高温強度の問題点として挙げられる．

に，既存のアルミニウム合金の温度に伴う強度の変化(2)を一方，融点の 6 割の温度域(0.6Tm)以上で使用されるニッ示す．これらの合金は規格化されている熱処理温度( T6 人

ケル( Ni )基超合金は鍛造合金，鋳造合金ともに多く存在

工時効処理温度160°
C～200°
C)以上の温度で著しい強度低し，優れた高温強度を示す(6)．Ni 基合金は Al 合金同様，熱下を示す．これは時効処理により析出した強化相の高温(使処理を用いて組織制御される．溶体化処理( g Ni ( fcc )単相用温度)における粗大化に起因する．既存の熱力学データベ化)後，強化相である金属間化合物相(主に L12 構造を有すースを用いて 2618 合金の構成相の温度に伴う変化を解析す相)を微細均一に析出させる．多くの Ni 基合金においる g′ると(3)，本合金は時効処理により析出する SAl2CuMg 相(4)て強化相の体積率は非常に高い(一般の鍛造 Ni 基合金の体( 体 積 率  約 5  )に よ っ て 強 化 さ れ る と 考 え ら れ ， 実 際

積率は10～20，鋳造合金は50～70(6))．熱力学的に安

相が析出す
200 °
C の時効処理においては準安定相である S ′相)による強化は，高温の安定な平衡相(g 母相と平衡する g′

る(5)．したがって200°C以上の使用温度において，準安定相

定な組織形態を維持し，優れた高温強度を実現する．本研究は安定相(S 相)に相変態し，それに伴って析出物が著しく粗は，同じ fcc 母相を有する Al 合金に耐熱材料(特に Ni 基合

大化し，顕著な弱化を招く．したがって，(1)限られた強化金)の組織形態を再現できれば，高温強度の飛躍的向上が可名古屋大学 大学院工学研究科 物質プロセス工学専攻1)准教授 2)助教 3)教授(〒4648603 名古屋市千種区不老町 1 工学部 5 号館605号室)
Design and Microstructural Control of HeatResistant Aluminum Wrought Alloys Based on Calculated Phase Diagrams; Naoki Takata,
Asuka Suzuki and Makoto Kobashi(Department of Materials Process Engineering, Nagoya University, Nagoya)
Keywords: alloy design, aluminum alloy, hightemperature material, microstructure, thermodynamic calculation, precipitation, intermetallics
2021年12月17日受理[doi:10.2320/materia.61.195]

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan能ではないかという着想に基づくものである．本着想にがなされている(9)．しかしながら，これらの元素の aAl 母

基づき，著者らは計算状態図を活用し，全く新たな耐熱 Al

相の固溶限は 1 以下(図 2 ( b ))であり，強化相である金属合金を設計した(7)．本稿では，実際に製造した設計合金の組

間化合物相の体積率が低い．そのため，限られた析出強化能

織形態や高温強度，また更なる高強度化・高温クリープ長寿しか持たない．また1980年代， Fe などの遷移金属元素を用命化に向けた合金の改良設計の取り組みを紹介する．

いて微細な金属間化合物相により強化される耐熱 Al 合金の研究(10)が盛んに行われた．過飽和に合金元素を含む急冷凝

.

Al
Mg
Zn 3 元系耐熱合金の設計

固粉末を用いた成型体(焼結体や押出材)は微細な金属間化合物相により強化され，優れた高温強度を示す(10) ．しかし，先ず，高温鍛造成型可能な耐熱 Al 合金を見据え，熱処理
プロセスを用いて体積率 10 以上の金属間化合物相(平衡相)により強化される新たな Al 合金の成分系を考えた．図

急冷凝固粉末成型体は二次加工性に乏しく，製造プロセスの観点からほとんど実用化に至っていない．
鍛造合金(展伸材)の開発を念頭に置き，熱処理を利用し高に，種々の Al X 2 元系状態図(8) に基づく a Al ( fcc )相とい体積率の強化相の組織に制御するためには， Al 合金系に平衡する金属間化合物相の種類と結晶構造(化合物相を生成

おいて高温(溶体化処理時)の aAl 母相の小さい固溶限(図 2

しない系は括弧書きにて平衡相を示す)と平衡状態における(b))が本質的な問題である．そこで図 2(b)を基に，aAl のaAl 相中の X 元素の最大固溶濃度(固溶限)を周期律表に基固溶限を拡大させる汎用元素(固溶限の大きい合金元素)としづいて整理したものを示す．これまで， Sc などの元素を微て Mg と Zn を選択した．(他にも Li や Ag 等の合金元素が量添加し，母相との整合性の高い Al3Sc 相(L12 構造)を用い可能性として挙げられる)これは，従来の7000系に分類された析出強化は，高温でも比較的微細な形態を維持するため高る合金系と一致する．AlMgZn 3 元系合金の製造プロセス

温強度の向上にも作用することが知られている．近年では，

条件は確立しており，実機部材製造の障壁も小さいと考え，

Zr や Er を添加し Al3Sc 相の安定性を高めた耐熱合金の開発

既報の熱力学データベース(11)(12)を基にした計算状態図を用

図2



AlX2 元系における(a)aAl(fcc)相と平衡する金属間化合物相の種類と結晶構造(化合物相を生成しない系は括弧書きにて平衡相を示す)および(b)平衡状態における aAl 相中の X 元素の最大固溶濃度(固溶限)最近の研究

いて AlZnMg 3 元系合金の設計を行った．

状態図における480°
C，300°
Cおよび200°
Cの等温断面図を示

本研究は，AlZnMg 3 元系状態図に存在する TAl6Mg11

す．また，設計合金組成である Al5Mg3.5Zn(at)の平衡

Zn11 相(13)(立方晶cI162，(Al, Zn)49Mg32相(14)(15)とも呼ばれ状態における構成相の相分率の温度に伴う変化を併せて示す．

る)に着目した．その結晶構造を，図( a )に示す．本 3 元AlMgZn 3 元系計算状態図は，高温で広い aAl 単相域(図系において大きな相領域を有する T 相は aAl 相と平衡し，3 ( b ))を示し，温度低下に伴って縮小することを示す(図 3広い T 相/aAl2 相領域を示す．これは，T 相/aAl 二相組(c), d))．したがって，設計合金は高温の溶体化処理

織制御の大きな可能性を示す(16) ．本着想に基づき，計算状( 480 °C )により a Al 単相化し，低温の時効処理により高い態 図 を 活 用 し て T 相 / a Al 二 相 組 織 を 有 す る Al 5Mg 

体積率の T 相が析出する． Al 5Mg 3.5Zn 合金の平衡状態

3.5Zn ( at )の合金を設計した．図 3 に， Al Zn Mg 3 元系

における T 相の体積率(熱力学計算で求められる相分率はモ

図3(a)T 相の結晶構造，(b), (c), (d)AlZnMg3 元系状態図における480°
C，300°
Cおよび200°
C等温断面図と(e)設計合金組成である Al5Mg3.5Zn(at)の平衡状態における構成相の相分率の温度に伴う変化(参考文献 7 から引用改編)．

図4

480°
C溶体化処理を施した設計合金(Al5Mg3.5Zn(at))における時効処理に伴う T 相の析出形態を示す(a), (c), (d), (f)SEM 像と(b), (e)TEM 像(a), (b)300°
C/1 h, (c)300°
C/100 h, (d), (e)200°
C/1 h, (f)200°
C/100 h.

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

ル分率であるが，結晶構造から見積もられる T 相と aAl 相な可能性を示す．なお，T 相の強化相としての有効性は，Tの 1 原子当たりの体積は数程度の差であるため，ここで相の体積率を 50 以上に高めた Al 鋳造合金(18)(19) においてはモル分率を体積率と等価とみなす)は，実機使用想定温度も検証されている．

に相当する200°
Cにおいて約10と予測される(図 3(e))．これらの熱力学計算結果は， 480 °C 溶体化処理による a Al 相

.

第元素添加による改良合金設計

単相化後，200°
C時効処理を施すことによって，設計合金を
約 10 の体積率を有する T 相を用いた析出強化が可能であることを予測する．
設計合金を 480 °C において溶体化処理を施すと a Al 相単

3 元系設計合金の更なる高強度化および高温クリープ長寿命化を実現する手法のひとつとして，第 4 元素の添加が考えられる．例えば， 7000 系合金の時効に伴う析出(時効硬相組織を呈する(7)．これは計算状態図(図 3(b ))の結果と良化)に及ぼす Cu 添加の影響は古くから研究されており， Cu

く一致し，本設計合金は計算状態図を基に熱処理温度を選定

添加は時効処理に伴う析出を促進し，高強度化に有効である

可能であることを示す．溶体化処理を施した設計合金にことは周知の事実である．特に，AlMgCu 3 元系平衡状態

300 °
C および 200 °C の時効後の組織を，図に示す． T 相は図(20) においても T ( Al, Cu )49 Mg32 相が存在するため， CuaAl 母相の粒界に優先的に析出し，粒内から析出する T 相

は T 相に分配し，熱力学的に安定化させると推察される．

は微細均一な形態を示す(図 4 ( a ) , ( b ))．より低温である

また， Al 合金の耐熱性を向上させる合金元素のひとつとし

200°
C時効後，析出相は粒界・粒界とも微細な形態(図 4(d),て Ni が 知 ら れ て い る ． Ni は ， 既 存 の 耐 熱 性 合 金 で あ る(e))を呈するが，結晶粒界に沿った明瞭な無析出帯(粒界に2618合金にも添加されている．Al 合金の Ni 添加は Al3Ni 相沿 っ た コ ン ト ラ ス ト の 暗 い 領 域 )が 観 察 さ れ る ( 図 4 ( d ) ,(斜方晶 oP16)(21)の生成を促進し，高温における高強度化と(f))．また，設計合金の硬さは200°
Cの温度保持に伴って大クリープ抵抗向上に寄与すると考えられている(22)．本設計

きく低下し，析出相の熱的安定性(準安定 T′相の生成と推察

合金への Ni 添加は T 相と異なる安定な金属間化合物相を生される)に課題が残ることも見出された．これらの組織の結成させ，高温強度の向上が期待される．

晶学的特徴や本合金の TTP ( Time Temperature Precipita-

図に， Al Mg Zn Cu 4 元系と Al Mg Zn Ni 4 元系計tion )図などの析出の速度論の詳細については，別報(7) で述算状態図の断面図(23) とそれらに生成する化合物の結晶構

べられている．

造，および期待される材料組織の模式図を示す．両断面図に

200 °
C ， 1 h の人工時効を施した本設計合金の温度に伴うおける横軸の原点は 3 元系設計合金組成の Al 5Mg 3.5Zn

0.2 耐力の変化(引張試験によって測定された値)を，既存( at )である． Al 5Mg 3.5Zn 合金へ Cu 元素の添加は，の耐熱性合金である 2618 合金と同じ合金系である 7075 合金

200°
C以上の温度域において aAl/T の 2 相域を aAl/hZn2と 比 較 し た も の を ， 図  に 示 す ． Al 5Mg 3.5Zn 合 金 はMg の 2 相域 に遷移さ せる(図 6 ( a ))．この相 領域の変 化

150 °C 以上の高温域において既存の Al 合金より優れた降伏は，添加された Cu 元素が T 相よりむしろ h 相に分配する)だけでなく引張強度(17) を示す．また，本合金はことを示し，h 相の析出を促進すると推察される．なお，時比較的良好な室温延性(17) や高温の良好な押出成形性を示

効温度に対応する 300 °C 以下の温度域において Cu 元素の分し，既存合金に代替可能な新たなインペラ部材としての大き配係数 khCu/a は600以上と計算された．これらの計算結果は，強度(図 5

Cu 添加が粒内析出相( h 相)の安定化と体積率向上に寄与することを示唆する．また Ni 元素の添加は a Al 相， T 相お
よび Al3Ni 相の広い 3 相域を出現させ，その相領域は200～
400 °
C の温度域において Ni 濃度に依らず変化しない(図 6(b))．また，時効温度に対応する300°
C以下の温度域にて aAl 相および T 相における Ni 元素の固溶限は 0.1 at以下と計算された．これらの計算結果は， Ni 元素は強化相であるT 相に分配せず， a Al 母相内において Al3Ni 相を独立して生成させることを示す．また，溶製過程において液相からAl3Ni 相は晶出すると予測されるため， a Al 母相の粒界に存在すると予測される． Al3Ni 相は a Al 母相の粒界を被覆し，高温におけるクリープ抵抗(粒界析出強化(24)(25))として期待される．以上の 4 元系計算状態図を基に，本研究では 3元系合金に Cu と Ni を 1 at添加した合金を設計した．
これらの 4 元系改良合金(Al5Mg3.5Zn1Cu 合金および
図5



200°
C, 1 h の人工時効を施した Al5Mg3.5Zn 合金の温度に伴う 0.2 耐力の変化と既存の耐熱性合金である
2618合金と同じ合金系である7075合金の比較(参考文献
7 から引用改編)．

Al5Mg3.5Zn1Ni 合金)を溶製し，3 元系合金同様，480°
C

溶体化処理後， 300 °C の時効処理に伴う析出過程を調査した．その代表的な結果として， 300 °C / 1 h 時効を施した Cu

最近の研究添 加 合 金 ( Al 5Mg 3.5Zn 1Cu ) お よ び Ni 添 加 合 金 ( Al 

ことを示す．なお，両相の存在は X 線回折測定によって確

5Mg 3.5Zn 1Ni )の 析 出 形 態 を 示 す STEM HAADF 像 と認された(23)．また，添加された Cu 元素は aAl 母相の粒内

EDS 分析による元素分布図(23) を，図に示す． Cu 添加合析出相である h 相と T 相の双方に分配し，相安定性の向上

金の STEM 像(図 7(a))において，図中矢印に示すようにコに寄与していると考えられる．この結果は，AlMgZnCu

ントラストの異なる析出相が観察された． HAADF 像のコCにおいて a
4 元系の計算状態図(Cu 添加合金の組成は300°

ントラストは元素の原子番号に依存し，重い元素ほど明度はAl 相 と h 相 の 2 相 領 域 に 位 置 す る ) と や や 異 な る ( 図 6高くなるため，明るいコントラストを持つ析出相は原子番号(a))．これは，熱力学計算に用いた Al 多元系データベースの大きい Zn 元素を高濃度に含む．これは EDS 元素分析に( PanAluminum(26) )における T 相の相安定性が過小評価さよって検証され(図 7(a))，Zn 元素が濃化した析出相においれていることを示し，300°
C以下の低温における T 相の熱力て Al 濃度が低いことが確認された(23)．これらの結果は，明学データベースの修正が必要であると考えられる．一方，るいコントラストを持つ析出相が hZn2Mg 相であり，ややNi 添加合金において Ni 元素が濃化した比較的粗大な化合物

暗いコントラストを持つ析出相が T Al6Mg11Zn11 相である相が粒界に観察され， Mg と Zn が濃化した微細な析出相は

図6(a)AlMgZnCu 4 元系および(b)AlMgZnNi 4 元系計算状態図の断面図(横軸の原点は 3 元系設計合金の組成に対応する)とそれらに生成する化合物の結晶構造，および期待される材料組織の模式図(参考文献23から引用改編)．

図7(a)Cu 添加合金(Al5Mg3.5Zn1Cu)および(b)Ni 添加合金(Al5Mg3.5Zn1Ni)の300°
C/1 h 人工時効処理後の析出形態を示す STEMHAADF 像と EDS 分析による元素分布図(参考文献23から引用改編)．

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

粒界および粒内に分布する(図 7 ( b ))．これらの相は Al3Ni
相と T 相に対応する．Al3Ni 相は溶体化処理で残存したもの
が粒界に偏在し，粒内には T 相のみ析出すると考えられる．
T 相内部に Ni 元素は検出されず， Ni 元素は析出した T 相にほとんど分配しない．したがって，3 元系基本合金の組織形成に役割が異なると予測される第 4 元素(Cu および Ni)を添加した結果は，計算状態図で予測された効果(図 6)と良く一致することが実験的に示された．すなわち， Cu 添加は粒内析出相である h 相および T 相に分配し，高温における安定性を向上させ， Ni 添加は Al3Ni 相の粒界上に生成に寄与
し，高温クリープ抵抗として作用することが期待される．

.

更なる改良設計に向けた取り組み

図9(a)，(d) Al5Mg3.5Zn3Cu1Ni，(b)，(e) Al5Mg
3.5Zn2Cu2Ni および(c), (f)Al5Mg3.5Zn1Cu3Ni( at)合金の( a )( c)溶製まま材と( d)(f)480°
C/ 240 h
平衡化処理を施した組織の SEM 像．

これまで示した実験・計算結果に基づくと，AlMgZn 3
元系基本合金への Cu および Ni の複合添加(5 元系合金への溶製した合金の組成を 5 元系状態図の480°
C等温断面図上に改良設計)は，粒内に析出する T 相(および h 相)の安定性をプロットしたものと実験的に同定された相領域を図 8(b )に高めるとともに，粒界上に安定に存在する Al3Ni 相による強示す．この断面図の原点は， 3 元系基本合金の組成である化を実現可能と期待される．しかし，実験に基づいた信頼性

Al5Mg3.5Zn(at)である．また図に，本研究で作製しの高い AlMg Zn Cu Ni 5 元系の熱力学データベースは報た Al 5Mg 3.5Zn 3Cu 1Ni, Al 5Mg 3.5Zn 2Cu 2Ni およ

告されていないのが現状である． AlCu Ni 3 元系平衡状態

び Al 5Mg 3.5Zn 1Cu 3Ni ( at )の合金の溶製まま 材と図で認められる Al3( Ni, Cu )2 相(その結晶構造を図( a)に480°
C / 240 h の溶体化処理を施した組織の SEM 像を示す．

示す(21))は 5 元系合金においても生成すると予想されるが，480°
C/240 h の溶体化処理材の組織形態(図 9(d)(f))は，溶Al3 ( Ni, Cu )2 相を再現したデータベースは現状 Al Cu Ni 3

製材の凝固組織形態(図 9(a )(c ))とは大きく異なり，粗大元系(27) のみである．したがって，更なる合金の改良設計に化していた．したがって， 480°
Cにおける平衡状態の組織形

現状の計算状態図を用いることはできない．そこで， Al 態であると判断し， XRD 測定および EDS 元素分析を用い

MgZnCuNi 5 元系改良合金設計に資する高温における相て構成相を同定した．その結果， Cu 濃度の高い合金(図 9平衡(特に aAl 母相と平衡する金属間化合物相)の実験的同(d))において aAl 母相中に T 相だけでなく SAl2CuMg 相定を試みた． Al 5Mg 3.5Zn 3 元系合金を基本組成としてが検出された． Ni 濃度の増加に伴って， S 相は消失し，Al3

Cu と Ni の 添 加 量 を 系 統 的 に 変 化 さ せ た 合 金 を 溶 製 し ，( Ni, Cu )2 相 が a Al 相 と 平 衡 す る こ と が わ か っ た ( 図 9480°
Cの溶体化処理(240 h 平衡化処理)を実施し，5 元系合金(e ))．更に Ni 濃度を増加させると Al3Ni 相も平衡することの aAl 相に平衡する金属間化合物相を調査した．本研究でがわかった(図 9(f))．この結果に基づいて AlMg Zn CuNi 5 元系における相領域を大まかに同定した結果を，図 8(b)に示す．本実験結果を基に， aAl 母相， T 相(粒内析出相)および Al3(Ni, Cu)2 相(粒界被覆相)の 3 相組織を制御した 5 元系合金の設計に現在取り組んでいる．今後，時効処
理温度に対応する低温の相平衡も再現できる 5 元系熱力学
データベースの構築が，計算状態図に基づく 5 元系合金への改良設計には不可欠と考えられる．

.

今 後 の 展 望

本稿では，自動車エンジン用ターボチャージャの圧縮機インペラ部材に適用可能な Al 鍛造合金(展伸材)の開発を見据
え，熱処理を利用し高い体積率の強化相の組織制御を目指した，計算状態図に基づく新たな耐熱 Al 基合金の設計原理を
図8(a)AlCuNi3 元系に存在する Al3(Ni, Cu)2 相の結晶構
造と(b)5 元系状態図の480°
C等温断面図に示した本実験で作製した合金組成と実験的に同定された相領域(断面図原点は，3 元系基本合金の組成である Al5Mg3.5Zn(at)を示す)

紹介した．実際に製造した設計合金の組織形態や高温強度，
更なる高強度化・高温クリープ長寿命化に向けた合金の改良設計の取り組みを述べた．今後， Al Mg Zn Cu Ni 5 元系の相平衡を再現可能な新たな熱力学データベースの構築が改

最近の研究

良合金設計には不可欠である．また実用化の観点から，晶出物である金属間化合物相を含む改良合金の400°C以上における熱間成形性の評価や実機使用想定温度である200°
Cにおける設計合金の高温クリープ破断寿命の評価が必要である．計
算状態図に基づいた合金設計は，共晶反応を利用した Al 基
鋳造合金(18)(19)にも適用され，その有用性が示されている．
Al 合金に限らず種々の材料において実験を再現できる(信頼性の高い)多元系の熱力学データベース構築は，将来の材料開発だけでなく，近年技術革新の著しい金属積層造形技術な
どの新たな材料創製プロセスによる組織形成の理解(28) や新
たな熱処理プロセス(29)の開発・最適化の基盤となる．
本稿で紹介した研究は，名古屋大学 大学院生の石原雅人
株 神戸製鋼所)，高木力斗氏(現ダイキン工業
株 )，
氏(現

中塚怜志氏，石井大貴氏，黎 若 氏と共同で実施されまし
株 材料設計技術研究所 橋本
た．また熱力学計算に関して，

清氏から有益なご助言を頂きました．本研究は，科学研究費補助金(基盤 B 17H03411, 20H02462 )と軽金属奨学会 課題
研究の支援を受けて実現されました．ここに特記して感謝の意を表します．

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ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
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★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
2006年 3 月

高田尚記

九州大学 大学院 総合理工学府 博士後期課程修了
2006年 4 月 大阪大学 大学院 工学研究科 特任研究員
2007年10月 東京工業大学 大学院 理工学研究科 助教
2015年 9 月現職
専門分野材料組織学，材料強度学◎鋳造・鍛造，積層造形，溶融めっき等の異なる材料
創製プロセスが生み出す組織形成の理解とそれに基づく材料・プロセス設計に関する研究に従事．また，マイクロ機械試験やその場観察を活用した金属の塑性変形に関する研究も行っている．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

金属鉄の水素化反応に硫黄が及ぼす影響と地球核の進化過程
飯

塚

理

,
 鍵
子
1)

裕

之
2)

れ(2)，四半世紀以上前から様々な高温高圧実験による検証や

.



は じ

め

に

原始地球の成り立ち

理論計算による推測がなされてきた．このうち最も軽い元素である水素が鉄に固溶した場合，わずかな量でも鉄の密度を低下させることが予想される．さらに，固体であるマントル「まてりあ」の読者で地球科学を専門とする方は少ないかと液体である外核との境界における温度は，純鉄の溶融温度もしれないが，地球内部，特に鉄を主成分とする地球核の理よりも有意に低いため，鉄に溶け込むことで融点を大きく下

解は金属学の知識無しにあり得なかったと言っても過言ではげる水素が外核における軽元素候補として有力視されてきない．このことを説明するために，まずは地球史における鉄た(3)．鉄と水素の反応に関して，高温高圧下で鉄水素化物がと軽元素の関係から書き始めたい．

生成されることが報告されていたが(例えば(4))，後に述べる

およそ 46 億年前，小惑星(微惑星)が衝突や合体を繰り返ように常圧下で水素は鉄中に極微量しか溶け込まず，また気し集積することで次第に大きくなり，原始地球が誕生した．

体状態の水素は地球の重力圏では保持されないため，これま

このときの衝突エネルギーと重力エネルギーの解放により原で地球核の鉄に水素が溶け込むプロセスや量はよく分かって

始地球の内部温度は上昇し，大気中に散逸した大量の水蒸気が温室効果ガスとして地球の表面を温めることで，熱いマグ
マ の 海 (マ グ マ オ ーシ ャ ン )が で き た(図)． その 深 さ は1000 km にも及んだと考えられている．やがて，マグマオ

ーシャンの中で密度が高い金属部分(鉄が主成分，後述)が重力分離し，原始地球の深部へと沈み込み中心部に核(コア)が形成された．その後，ジャイアントインパクトや隕石の衝突を繰り返し受け，やがてプレートテクトニクスが始まり，現在の地球の姿へと至ったと考えられている．現在の地球のマントルには密度の低い岩石が残り，様々なケイ酸塩鉱物(シリケイト)，酸化物の高温高圧相が深さに応じて分布している．一方，核は主に鉄とニッケルの合金から成り，地震波観測の結果から液体の外核，固体の内核ともに数程度，純鉄に比べて密度が小さいと報告されている(1)．これは核に軽元素が溶け込んでいるためと考えられ，鉄との親和性が高い硫
黄や炭素，酸素，ケイ素，水素などが候補として挙げら

図1

原始地球と現在の地球の断面図．高温高圧下で試料が融けると，左下写真のように，鉄は表面張力によって球になって集まり，反応で残ったケイ酸塩と重力分離を起こして(核マントル分化)底に沈んだ状態で回収される．(オンラインカラー)

東京大学大学院理学系研究科附属地殻化学実験施設1)客員共同研究員 2)教授(〒1130033 東京都文京区本郷 731)
米国ハーバード大学地球惑星科学専攻日本学術振興会海外特別研究員 RRA
Effect of Sulfur on Hydrogenation of Metallic Iron and Evolution of the Earth's Core; Riko IizukaOku,, Hiroyuki Kagi(Geochemical Research Center, Graduate School of Science, The University of Tokyo, Tokyo. Department of Earth and Planetary Sciences,
Harvard University, USA.)
Keywords: high pressure, high temperature, insitu neutron diffraction, iron hydride, hydrogenation, hydrogen, light elements, water, sulfur,
Earth's evolution
2022年 1 月11日受理[doi:10.2320/materia.61.202]



最近の研究

いなかった． Fukai(5)は，水素の代わりにケイ酸塩と水を加えても鉄の水素化が起きることを理論的に示し，原始地球の形成期に集積した隕石に含まれた水分から水素が供給され，地球核に取り込まれうるというシナリオを発表した．高温高圧実験で回収試料を観察しても，溶融した鉄は表面張力によって球となって凝集し，周りのケイ酸塩と重力分離を起こして試料の底に沈んだ状態で回収される(図 1 左下)．これは図3

地球のマントルと核の分離(分化)プロセスそのものであり，その形成過程に水素(水)が大きく影響していることを示している．我々は，核に存在する軽元素の有力候補として，水素(水)が高温高圧下の鉄に及ぼす影響について研究を行ってきた．


鉄の高温高圧相転移と水素化(写真左)茨城県東海村の大強度陽子加速器施設 J
PARC の物質・生命科学実験施設 MLF に設置された超高圧中性子回折装置 PLANET．大型高圧発生装置「圧姫」(写真中央)と J PARC のパルス中性子線を組み合わせることで地球深部に相当する高温高圧条件で鉄に取り込まれた軽元素の振る舞いを観察することができる．(右写真)入射中性子線がアンビルの隙間を通り試料に照射され，試料からの回折中性子は 90 度方向に設置された 2 つの検出器によって検出される．(オンライン
カラー)

次に，地球深部に相当する高温高圧下での鉄の状態と水素の取り込みについて説明する(図)．純鉄の常温常圧相であ存するため，実際には決定されていないことも多い．特にる bcc (体心立方格子)相( a 相)は，水素を極微量( ppm オー

fcc 鉄については類似の構造をもつ他の水素化物との比較か

ダー)しか取り込めない．圧力 3.5 GPa(約3.5万気圧に相当)

ら DVH の値が見積もられていた．高温高圧下で水素が溶けを越えて bcc から hcp(六方最密充填構造)相(e 相)へ相転移

込んだ溶融鉄を瞬時に急冷減圧することで，水素が発泡した

すると，急激に水素を取り込み始め鉄水素化物( FeHx, x は痕のサイズから水素量を見積もった研究例(7)もあるが，これ

水素固溶量)となる．水素化物の生成によって相境界は著しも種々の仮定が立てられている．

く変化し，融点も数百度低くなる．水素は鉄原子間の隙間にそもそも， X 線は原子中の電子と相互作用するため，電入り込む侵入型固溶体となって安定化し，hcp 相の水素量が子数が 1 の水素は検出できないという実験上の制約がつき多くなると dhcp (二重六方最密充填)構造( e ′相)へと変わまとう．ここで，軽い水素を捉えるには X 線の代わりに原る．さらに高温の状態になると fcc ( g 相)が卓越し，水素は子番号によらずに物質と相互作用をする中性子を用いた高温

八面体サイトのみならず四面体サイトも占有することが知ら

高圧下中性子回折のその場観察が有効な手段となる．大強度れている(6) ．しかし，常温常圧に戻すと bcc 相は水素を保陽子加速器施設 JPARC，物質・生命科学実験施設( MLF)

持できず放出してしまうため，水素化した鉄を常圧に回収での高圧実験専用ビームライン PLANET ( BL11 )では，パルきないことが鉄水素化物の研究を難しくさせていた．

ス中性子源と高圧プレスを組み合わせることにより，数十万

鉄への水素固溶量 x は，従来は高温高圧下での放射光 X

気圧もの高圧下での中性子その場観察が行える(図)(8)(9)．

線回折実験で求められてきた．次式( 1 )のように，水素固Machida ら(6) は， Fe D2 系で高温高圧中性子実験を行い，溶量 x は水素化物の格子体積 V ( FeHx )が同じ温度圧力条件

回折パターンのリートベルト解析から，fcc 構造の鉄への水下での純鉄の格子体積 V ( Fe )からどれだけ膨らんだかを，

素固溶量とそのサイト占有率， DVD の値を直接的に決定し水素 1 原子あたりの体積増加 DVH で割ることで求められる．

た．中性子回折実験では，軽水素(1 H )は非干渉性散乱によ(1)

る高いバックグラウンドを与えるため，重水素(2 H )化させ

DVH は，金属の結晶構造および水素原子の占有サイトに依た試料で実験を行うことが通例である． Ikuta ら(10) では，

X＝{V(FeHx)－V(Fe)}/DVH

FeH2 系の中性子回折実験を行い，fcc 鉄水素化物の様々な

温度圧力条件での水素量と，重水素置換した実験(6)と誤差範囲で一致した DVH の値を報告している．我々は，原始地球を模擬した鉄ケイ酸塩に重水を加えた系で同様に fcc 鉄中の 水 素 固 溶 量 を 求 め た(11) ． こ れ ら の 研 究 成 果 は ， 全 て
PLANET で遂行された実験に基づくもので，鉄水素系の

高温高圧領域での研究において，中性子の利用が必須となりつつあることを表している．

図2

純鉄と水素化鉄の相図．Fe(29)および FeHx(30)(31)の相境界をそれぞれ黒線，赤線で示す．高温高圧下で鉄に取り込まれた水素は，右の高温高圧相 fcc, hcp 構造の鉄原子の間隙(赤色の八面体および青色の四面体サイト)に侵入する形で安定化する．(オンラインカラー)

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硫黄が及ぼしうる影響と本研究の目的

我々の先行研究(11)では，含水鉱物から脱水した水と鉄とが酸化還元反応を介した水素化反応を起こし，固体鉄に水素が取り込まれることを明らかにした．核には複数の元素が共存していると考えられることから，純鉄ではなく鉄水素化物




図5

図4

FeS の相図．本実験では，高温高圧下で Fe と S が反応してできた FeS の高温高圧相 FeSV 相が観察された．
FeS(13) と FeHx(30)(31) の相境界をそれぞれ青線，赤線で示す． FeSHx の融解曲線および Fe FeS の共融点を緑色で示す(12)．(オンラインカラー)

中性子実験用のセル(左上写真の赤点線部分)とその断面図．右上図は試料カプセル内の拡大図．ほとんどのパーツは工作旋盤等で作製する．(オンラインカラー)の合計 6 つの油圧ラムが独立で動き，それぞれの先端につけた超硬(炭化タングステン，WC)でできた 1 段目アンビル
で，立方体試料(セル)部分を数ミクロンの精度で等方的に圧していくことができる，非常に繊細な装置である(図 3 )．
PLANET では入射ビームがスリットで絞られ，90度方向にとシリケイトとの間での他の軽元素との反応や分配を調べる設置された 2 つの検出器の手前に試料からの回折中性子だ

ことが重要になってきた．

けが見込めるラジアルコリメーターが装着されている．試料

そこで本研究では，水素に加えて，固体鉄の融点を大きくの周辺物質からの散乱を取り除き，試料のみからの回折パタ下げる硫黄に着目した．地球の始源物質である隕石や火星をーンを得ることによって，精度の高い構造解析が可能となっはじめとする惑星の核には Fe
S 化合物が多く含まれている．

た．

Fe FeS の 2 相系では共融点温度が約 1220 K で，鉄水素化

我々は，66 タイプと呼ばれる 2 段加圧型のアンビルセル

物の溶融温度よりもさらに低い(12) ．図は， FeS の相図とをアレンジし，長時間測定が必要な中性子回折実験においてFeH の相図を重ね合わせたものであり， FeS には複数の多安定に高温を発生でき，ブローアウト(急激な減圧)の頻度を形が知られている(13)．

FeS 系での水素化実験からは，高温減らし，試料を損傷することなく回収することに成功し高圧下で固体の鉄にも硫黄が僅かながらに溶け込むことが報た(11)(18)(19) ．今回用いたセル構成を図に示す．スチール

告されている(14)(15)．また，FeS の水素化が約 3 GPa で起こ

鋼で焼き嵌めされた超硬 WC 製の 2 段目アンビルがアルミり(12) ， こ の 圧 力 は 10 GPa 以 上 の 圧 力 で 水 素 化 が 始 ま る

合金製のフレームにきっちりと嵌められており，その中心のFeSi に比べて比較的低圧である(16) ．しかし，ここでは，立方体の隙間にセルを仕込んだ．セル内部には，中性子をよFeS 単相と水素源として高温で H2 を放出する LiAlH4 が用く透過させる Cr ドープ MgO と ZrO2 の焼結体を圧媒体としいられており，我々の実験のような鉄含水ケイ酸塩系でのて，断熱材の ZrO2 スリーブの中に円筒と円板で作ったグラ

脱水反応を介して硫化鉄の水素化が起こりうるかは調べられファイトヒーターが入っている．モリブデン箔の電極からアていなかった．そこで我々は，原始地球を模擬した鉄含水

ンビルを通して，ヒーターに電流が流れ，試料が加熱されシリケイト試料にさらに硫黄を加えた系において高温高圧下

る．試料カプセルは，生成する水素と水の両方を閉じ込める

中性子回折その場観察を行い，原始地球の進化過程で起きうために NaCl とグラファイトとの二重構造になっている． 2

る現象の解明を試みた(17)．本稿ではその内容を紹介すると段目アンビルの先端サイズ(Truncation Edge Length: TEL)

ともに，今後の研究の展望を述べる．地球科学分野におけるが小さいほど，同じ荷重で高い圧力を発生させることができ物質科学の重要性を少しでも知っていただければ幸いである．

る．今回は，鉄の複数の高温高圧相を観察するために，2 種類の先端サイズ( TEL ＝ 7 mm, 10 mm )を持つアンビルを用.


高温高圧下での中性子実験

高圧セルの改良

高温高圧実験は，PLANET ビームラインの大型マルチア
ンビルプレス「圧姫 ATSUHIME 」を用いて実施した．この装置は 6 軸プレスとも呼ばれ，上下 2 方向，水平 4 方向いて， 6 7 GPa, 850 1000 K と 10 12 GPa, 750 1200 K の
圧力温度範囲で実験を行った．図に実験を行った温度圧力
経路を示す．


出発試料

太陽系における存在度が最も高い水素は，水として地球に最近の研究

を観察し，一定温度を保持しながら水素化した鉄の長時間測定( 10 ～ 12 時間)を行った．発生温度は，セルの中心に通した Pt Pt87Rh13 ( R 型)または W97Re3 W75Re25 ( D 型)熱電対
で予め温度校正の実験を行い，投入電力と温度の関係式から制御した．発生圧力は，反応前の鉄及び試料の上下に装填した NaCl の格子定数の変化から状態方程式を用いて求めた．
重水素化させた鉄の高温高圧相(hcp 相と fcc 相)と硫化鉄
FeS の中性子回折パターンを取得し， GSAS(22) というソフ
図6

実験の温度圧力パスと観察された反応・相転移．ダイ
ヤおよび星印の温度圧力点で長時間測定を行い，鉄化合物中の水素固溶量を求めた．(オンラインカラー)

トウェアを用いたリートベルト解析によって構造精密化を行い，それぞれの相の水素量を決定した．リートベルト法とは，粉末 X 線回折実験や中性子回折実験で測定した回折パターンから，構造情報を得る解析手法の一つである(23)．具も多く存在する．しかし水が地球にいつどのくらいの量もた

体的には，結晶構造(結晶格子の大きさや原子の位置)に関すらされたかはまだはっきりと分かっていない．地球の原料とるパラメータをモデル化して得られる仮想の回折パターン

なった始原物質であるコンドライト隕石，すなわちエンスタと，実際に実験データとして得られた回折パターンとを比較

タイトコンドライトと CI コンドライトを用いると，現在のしながら，結晶構造やピーク形状などに関するパラメータを

地球に近い元素組成や同位体比が説明できる． CI コンドラ

精密化することで，原子の占有サイトの情報も得ることがでイト中には 10 mass (20) ，現在の地球には 3000 ppm の水きる．また，中性子実験後に回収した試料の微小部 X 線回が含まれていると言われている(21)．本研究では鉄を水素化

折測定と走査型電子顕微鏡( SEM )観察を行い，反応生成物

するのに十分な水分量(～ 8 mass )を想定して実験を行っの組成や元素分布を詳細に調べた．

た．

.

試料は，コンドライト組成(鉄とエンスタタイトに水を加えた系)の始原物質を見立てて，鉄粉末，水素源に水酸化マ
グネシウム，石英の粉末(モル比で Fe : SiO2 : Mg(OD)2＝2 :

中性子実験の結果

高温高圧下で起こる反応

1 : 1)を用いた．水酸化マグネシウムは，中性子実験で水素実験条件とその反応生成物について，表 1 にまとめた．

に由来するバックグラウンドを下げるために重水素置換した

図 6 の相図と照らし合わせながら，高温高圧下で起きた反もの( Mg( OD)2)を使用した．硫黄と水の有無の比較するた応や相関係について説明する．含水試料では， 6 7 GPa ，めに 4 種類の出発試料を用意し(表)，それぞれで複数回の800 K 付近で鉄の bcc から fcc への相転移とほぼ同時に Mg

実験を行った．硫黄を含む系では 510 massの硫黄粉末を( OD )2 の脱水反応( Mg ( OD )2 → MgO ＋ D2O )が起こった．

鉄粉末と混合し，ペレットに成形した．無水条件の実験では，

10 12 GPa ， 600 K で bcc から hcp 鉄への相転移 が起き，

Mg ( OD )2 の代わりに MgO を用いた．グラファイトカプセ

800 K での Mg(OD)2 の脱水に続いて 850 K 付近で fcc 相へ

ルの内壁が鉄と反応しないよう，試料の中心に鉄・硫黄のペ相転移した．脱水して生成した水と鉄(fcc または hcp 相)か

レットを仕込み，周りを SiO2 と Mg ( OD )2 の混合粉末で埋ら次の酸化還元反応を経て水素化物が生成した．

めた(図 5)．


2Fe＋D2O → FeO＋FeDx＋(1－x/2)D2

実験の概要(その場観察，回収試料の分析)(2)

ここで(重)水素量 x は式( 1 )の x に相当する．硫黄を含む系
では， fcc 鉄の安定領域で FeS V ( FeS の高温高圧相の一つ

いずれの温度圧力経路においても，室温条件で加圧した後である V 相)の生成が確認された．本実験では，鉄に溶け込に短時間で(毎分 50 ～ 100 K 程度)加熱していく過程で反応

む水素量が低いために，全ての系において dhcp 相は観察さ

表1

本実験の条件と結果のまとめ．
オリビン(Fe, Mg)SiO3，パイロキシン(Fe, Mg)SiO3，エンスタタイトMgSiO3.

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan




図7

(a) 6.7 GPa, 1000 K での硫黄を含む試料，(b) 11.9 GPa, 868 K での硫黄を含まない試料から得られた中性子回折パターン
をリートベルト解析した一例．f; fcc, h; hcp の後に指数 hkl を表している．多相解析のために R ファクターは 6～8にとどまった．それぞれの回折パターンの下には観察された相のピーク位置とフィッティングの残渣を示した．(オンラインカラー)

れなかった．水を含まない系では，当然ではあるが脱水も水素化も観察されなかった．これ以降は含水試料のみ議論する．


回折パターン鉄中の水素量の決定

得られた中性子回折パターンをリートベルト解析した一例
を，図に示す．鉄水素化物や FeS の他に，鉄の表面にできた酸化鉄 FeO が共存し，さらに中性子ビームの発散により鉄の周辺部に存在するシリケイトも少し引っ掛けて観測された．図 7 ( a )に示す硫黄を含む系の 6.7 GPa, 1000 K のデータでは，図 2 の fcc 鉄の結晶構造中の赤い八面体サイトと青い四面体サイトの水素原子の占有率はそれぞれ0.06，0.03
で，水素量は x ＝ 0.12 ( 2 )と求められた．一方，リートベルト解析では FeS の結晶構造中で水素が存在しうるサイトの占有率が負の値を示した．さらに，後述する長時間測定の間で FeS の格子体積の膨張も見られなかったことから， FeSの水素化は起きていなかったと判断した．図 7(b )に示す硫
黄を含まない系では，図 7(a)より高い 11.9 GPa, 868 K で，fcc 鉄中の水素は八面体サイトを 0.19 ，四面体サイトを 0.03

図8鉄の hcp と fcc 相の(重)水素量と温度圧力の関係．圧力値(GPa)をそれぞれのプロット横に示した．マークは図6 と同様である．先行研究の報告値(青い二重丸は鉄水素系でのデータ(10)，赤いダイヤは鉄含水ケイ酸塩系のデータ(11) )も比較として載せた．グレーの点線は圧力
水素量温度の関係を示す理論曲線(24)である．本結果がHiroi ら(24) の miscibility gap で あ る x ～ 0.4 を 超え な いことが予想される．(オンラインカラー)の割合で占有し，水素量は x ＝ 0.25 ( 2 )と多くなった．共存する hcp 鉄中の水素は x＝0.10(2)で，fcc 鉄よりも低い値をり，発熱反応が起きている．一般に固溶体中の水素原子のエ示した．

ンタルピーは，水素が固溶する際の溶解熱を反映し，大きく

水素量の温度圧力依存性

図に得られた水素量を温度に対してプロットした．それなるほど水素量が減少する関係にある． Ni を 10含む鉄の水素化実験においては， 3 GPa ですでに発熱反応の傾向(負の溶解熱)が示されている(25) ．これは， Ni の効果によってぞれのプロットの横には圧力値を添えてあり，無水実験のデ

溶解エンタルピーが下がり，12 GPa ですでに吸熱発熱のータは省いた．同様の温度圧力条件で水素化実験を行った先ギャップがあった(26) と考えられる．この Hiroi ら(24) の理論行研究(6)(10) の値と比べると，かなり低い水素量であること

曲線(図 8 のグレー点線)と比較すると，本研究で得られたが分かった．この理由は，我々の実験では含水鉱物から脱水

水素量の変化は，彼らの低い圧力での水素溶解の温度依存性

した水を水素源としており，酸化還元反応の進行が遅く十分の挙動(すなわち吸熱反応)とよく似ていた．ただし， Hiroi

な水素圧が達成されなかったためだと考えられる．

ら(24) と同じ温度圧力条件(例えば 6 GPa, ～ 1000 K )では，また，得られた水素量は温度の上昇とともに増加し，圧力0.6 0.7 ほどの水素量になることが予想されるが，硫黄を含に対しても正の相関を示すことが分かった． Hiroi ら(24) はまない試料で 11.2 GPa, 1067 K で得られた x ＝ 0.33 が本実

fcc 鉄への水素溶解反応が，4 GPa と 5 GPa を境に，吸熱反験で得られた最大水素量だった．さらに，温度や圧力をこれ

応から発熱反応へと変化することを報告している．4 GPa 以

以上上げて外挿しても， x ～ 0.4 付近の miscibility gap を超下で温度が上がるに従って水素量が増え，吸熱反応が起きてえることができないことが予想される．本研究で先行研究よいる．一方， 5 GPa 以上では温度上昇とともに水素量は減りも小さい水素量が得られた理由は，先に述べたように，水



最近の研究

を介した酸化還元反応のプロセスを経由することにより，鉄の水素化が顕著には進まなかったためだと考えられる．


鉄の水素化反応への硫黄の影響

水と硫黄を含む試料は，硫黄を含まない場合に比べて低い

今回の結果は，これまでの含水鉱物を含まない試料の先行研究の結果( FeS と水素とを直接反応させると水素化した
FeS が生成する)とは異なり，実験中に生成した水が水素化

反応のメカニズムや水素化鉄硫化鉄の相平衡関係に影響を与えているものと考えられる．

水素量を示した(図 8 )．このことから，硫化鉄 FeS の生成.

によって，鉄の水素化が抑制されたことが分かる．図に副回収試料の SEMEDX 分析

生成物である FeS の格子体積の時間依存を示すが，いずれの実験においても水素を取り込んだことによる有意な体積の図に SEM EDX 分析による元素マッピングの結果を示

膨張は見られず， FeS の水素化は起きていなかった．したす．回収して得られたケイ酸塩はどの圧力においても，鉄ががって，共存する Fe の水素化反応が優先して進行し，それ水と反応して溶け出して，鉄の周りに FeO(正確には Mg をが完了するまでは FeS は水素を取り込まないことが予想さ

少 し 含 ん だ ( Fe, Mg ) O ) が 生 成 し ， そ の 酸 化 鉄 FeO を とれる． Shibazaki ら(12) の FeS の水素化実験によると， FeS 

SiO2 が反応して鉄に富んだオリビン( Mg, Fe )2 SiO4 が生成

V は Fe の dhcp 相と類似の構造を取り，その八面体サイト

していた．鉄からの距離が増加するとともに，オリビン中のに水素が最も安定に入りうるという予測が立てられ，高温高鉄の濃度も低くなり，鉄から遠く離れたパイロキシン(Mg,

圧実験の結果から FeS には FeSHx として x～0.20.4 程度のFe)SiO3 は鉄を含まないエンスタタイト MgSiO3 として分布

水素が取り込まれると報告されている．我々の実験のリートしていた．水と硫黄を含む試料では，鉄部分に Fe と FeS のベルト解析でも FeSV の結晶構造中の八面体サイトへの水

均一な組織が観察された．親鉄元素である硫黄はシリケイト

素 占 有 率 を 検 証 し た が ， FeS の 水 素 量 は ゼ ロ と な り ，には分配されず，全て鉄と反応して硫化鉄となることが分か

Shibazaki ら(12)とは対照的な結果になった．これは，FeS へった．S の有無でシリケイト組成に特に大きな変化はなかっの水素化反応メカニズムの違いによるものと考えられる．
Shibazaki ら(12) は水素源に LiAlH4 を用い，反応中に H2 が生成する一方で，本研究では含水鉱物の脱水反応によって生成した水が鉄と反応して水素を生じるため水素圧が相対的に低いのだろう．
ここまでの結果をまとめると，水を介した鉄の水素化反応
において，次の点が初めて明らかになった．
・ FeS 自身は水素化されないが，共存する鉄の水素化を阻
害する．
・FeS は鉄の水素化が完了するまでは起こらない．
・水を介した鉄の水素化は吸熱反応であり，温度圧力の増加に対して溶解量が増えるが反応の進行が非常に遅い．
・硫黄の有無に関わらず，鉄中の水素量は x ～ 0.4 を超えな
い．

図9

FeS 高温高圧相( FeS V )の格子体積の時間変化．温度
圧力，水の有無に関係なく 10 時間ほどの長時間測定の間で水素の取り込みによる格子体積の膨張は見られなかった．(オンラインカラー)

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
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図10(a) 硫黄を含まない試料と(b) 硫黄を含んだ試料の回収
後の SEM 分析による元素(Fe, Mg, Si, S)のマッピン
グ．(a)の右上の SEM 像の赤枠部分を観察した． (オンラインカラー)

た．無水試料では，オリビンは生成せずエンスタタイトと余る(27)(28) ．本研究の水素硫黄の系では，鉄への水素の取り剰の SiO2 が観察された．

込みが抑制されることからも，地球核条件下において水素以
外の他のどの軽元素によって残りの密度欠損分が補正される.

地球進化過程における硫黄と水の重要性

最後に，原始地球の形成過程について考察したい．本研究

か，軽元素の組み合わせを考えていく必要がある．

.

おわりに～まとめと今後の展望

では，水の存在下で水素は水素化鉄として，硫黄は硫化鉄としてともに固体の鉄に取り込まれ，硫黄の共存によって鉄の地球形成初期を模擬した高温高圧下での中性子回折実験を水素化が抑制されることが分かった．さらに，鉄の水素化が行い，鉄に取り込まれた水素の量を決定した．鉄を主成分と完 了 す る まで は ， FeS の 水素 化 は 無視 で き る と 考え ら れする地球核に含まれている軽元素候補である水素と硫黄に着る．この結果から，始源物質が集積していく原始地球の初期

目し，地球核に両元素が溶け込む際の相互の影響を明らかに段階で，水素は固体の鉄へと優先的に溶け込み，水素化鉄とした．水素と硫黄が地球形成の初期段階で優先して固体の鉄

硫化鉄の共存によって鉄の融点が大幅に下がり，より低い温と反応した後に，他の軽元素が鉄に溶けこみやすくなった可度で融けやすくなった可能性が示された．このようにして溶能性が示された．地球核中の軽元素の謎の解明に向けて，今融した鉄化合物中にその他の軽元素が徐々に取り込まれてい後は地球進化過程における水の起源とその量を考慮した上

き，地球の中心へと沈んで最終的に核を形成していったことで，水素・硫黄だけでなく候補となる他の軽元素がいつどのが考えられる(図)．

程度鉄に取り込まれたのかを明らかにするべく，複数の軽元

本実験では，初期試料として飽和した水分量を仕込んだも素の寄与を同時に考えていく必要がある．実験と理論の両方のの，結果的に得られた鉄中の水素量は最大の濃度でも x～のアプローチにより，原始地球の形成過程(特に，微惑星の0.4未満だった．原始地球の水素の供給源が全て水であると集積～核マントル分化に至るプロセス)における軽元素の振仮定するならば，これを上限値として地球深部にも適用でき

る舞いについての理解が進むことが期待される．

るだろう．すると，これまでの x ～ 1 に近い先行研究の推定

我々の次なる挑戦は，高温高圧下での中性子回折その場観値と比較して，実際に核に存在しうる水素量は半分以下な察における温度圧力条件を高温高圧側に拡張することである．したがって，地球核の密度欠損は他の軽元素の取り込み

る．地球の外核には溶融鉄が，内核には(純鉄と想定した場によって補う必要がある．さらに水素と硫黄が固体の鉄と反合に) hcp 相が存在すると考えられている．将来的にこれら応して，鉄水素化物と FeS の二相平衡となることで，鉄のの相の水素量の変遷や他の軽元素の寄与を明らかにできれ融点もより下がる．こうして溶融した鉄水素化物や硫化鉄

ば，地球核の軽元素の議論もより深まるだろう．そのためにへ，他の軽元素が徐々に取り込まれていきマントルと分離しは実験可能な温度圧力領域の拡大への挑戦だけでなく，高温て，現在の核が形成していったと考えられる．

高圧状態からの試料の急冷回収法や高圧液体のデータ解析の本研究では，水を出発物質(水素供給源)に用いて，原始地

ノウハウなど様々な技術的課題を克服する必要がある．

球の状態に近い条件で水素化反応について追究したことで，最後に，金属工学の分野でも水素貯蔵・水素脆性など水素

単純な鉄水素他軽元素の系の実験では得られなかった水のに関する研究は盛んに行われているが，まさに同様に水素が存在の重要性を明らかにした．今後も他の軽元素の影響を明絡んだ現象が，地球内部物質においても起きていることがおらかにしていく必要があるが，鉄と親和性の高い炭素と水素

分かりいただけただろうか．最先端の科学技術を駆使して地は不混和な関係にあり同時に溶け込まないと考えられてい球進化の謎を紐解く過程には分野横断的な研究の視点が常に重要である．この「まてりあ」の読者の皆さんにとって，実験地球科学が身近な分野として少しでも感じていただけたな
ら本望である．
本 研 究 は ， JSPS 科 研 費 ( 18K13630, 18H05224,
15H05828 )，住友財団基礎科学研究助成，高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所量子ビーム研究助成を受けて遂行された．課題番号本稿の元となる論文の共著者(以下所属は当時のもの)である東京大学物性研の後藤弘匡博士，
原子力研究機構 JPARC センターの服部高典博士・佐野亜
図 11



原始地球の形成過程における，鉄への軽元素の取り込
みのシナリオ．微惑星の集積時に固体の鉄へと水素と硫黄が取り込まれ，融点が降下して融けた液体の鉄に他の軽元素が濃集して核が形成されたと考えられる．
水がいつ，どの程度地球にもたらされたかが核中の軽元素の謎を解明する鍵となる．(オンラインカラー)

沙美博士，一般財団法人総合科学研究機構中性子科学センターの舟越賢一博士，東京大学大学院理学系研究科の市東力氏，福山鴻博士，森悠一郎氏に多大な協力をいただいた．ここに深く感謝申し上げる．

最近の研究

文

献

( 1 ) F. Birch: J. Geophys. Res., 57(1952), 227286.
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109.
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
飯塚理子
2012年 3 月 東京大学大学院理学系研究科博士課程修了 博士(理学)2012年 4 月 東京大学大学院理学系研究科 地殻化学実験施設 特任研究員
2013 年 4 月 愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター JSPS 特別研究員 PD
( 2012 年 6 月2014 年 12 月 ドイツバイエルン地球科学研究所
海外研究滞在)2016年12月 東京大学大学院理学系研究科 地殻化学実験施設 特任助教
2021年11月 現職 米国ハーバード大学 JSPS 海外特別研究員 RRA
専門分野高圧地球科学，地球深部物質学◎様々な高圧実験技術の開発・改良を通して地球内部の温度圧力条件に相当
する極限環境下での構造変化の観察を可能にすることで，主に水素(水)を含む鉱物や金属鉄などの物質の高圧下での挙動の解明に取り組んでいる．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

飯塚理子

鍵

裕之




安定化ジルコニア固体電解質における電極過電圧理論と諸問題への応用
小

林

清

この提起に共感した研究者は少なかったようだ．固体電解質

.

は じ

め

に

を用いても電気化学現象であれば液体系の電極過電圧理論を援用して問題ないとの考えが主流だったのだろう(6)．しかし

固体電解質におけるイオン輸送現象論は Wagner 理論と絶対反応速度論の研究進歩により電気化学で用いられている

して知られている(1)．Wagner 理論は金属表面における高温

電極過電圧モデル描像の正しさが揺らぎつつある(7)．固体電酸化皮膜成長，固体電解質を用いた電池の起電力，イオンブ

解質を用いるシステムは蓄電池など次世代エネルギー転換をロッキング法による電子伝導度測定，化学電池の理想発電特実現化する主役と期待され，電極過電圧はその性能を左右す性など多岐の現象を説明できる(2) ．後に Wagner 理論は古るにも関わらず理論は曖昧なまま放置されているのだ．

典不可逆熱力学と整合する理論であると指摘された(3)．これKleitz の研究を調べていくと固体電解質における電極過電は欠陥化学とイオン輸送現象論が熱力学によってつながる重圧への問題意識はイットリア安定化ジルコニア(YSZ)の黒色

要な意味を持つ．

化現象から生まれたことがわかる(8) ． YSZ の黒色化問題はより俯瞰的な視点として熱力学から固体電解質が関わる現後に，巧妙に設計された環境下における実験によって説明さ

象とその理論を見直すと図のような関係にあり，電極過電れた(9) ．しかし，この測定環境は Kleitz が問題にした黒色圧が熱力学問題として組み込まれていないことに気付く．こ化を生じる環境とは大きく異なるものであった．加えて近年により何度も提起されていた(4)(5) ．しかしそのような人為的な測定環境を構築していないにも関わらずの問題は Kleitz

黒色化が生じる現象，すなわちフラッシュ処理・焼結における黒色化現象により YSZ の黒色化問題が再来したのだ(10)．
本稿では熱力学から Wagner 理論を再考し，更にそれらと整合する過電圧理論へ展開する．それらを基に YSZ の黒色化機構，伝導度測定問題等を説明する．

.

イオン結晶の熱力学

固体電解質のイオン輸送理論と電極過電圧理論を結合できる体系に組み込むためにはイオン結晶の熱力学を考える必要がある．Gibbs が重力効果を考慮した熱力学的内部エネルギ
ー式を与えた方法(11)を応用してイオン結晶における内部エ
ネルギー式を考える．イオン結晶性固体の熱力学的内部エネ
図1

固体電気化学が関わる理論間関係．

ルギー(U )は構成要素に電荷を持つ原子・分子(イオン)を含

国立研究開発法人物質・材料研究機構主幹研究員(〒3050047 つくば市千現 12
1)Theory of Electrode Overvoltage for Stabilized Zirconia Solid Electrolyte and Its Application to Several Topics; Kiyoshi Kobayashi(Research Center for Functional Materials, National Institute for Materials Science, Tsukuba)
Keywords: electrode overvoltage, classical irreversible thermodynamics, Wagner theory, flash sintering, blackening of stabilized zirconia, 4
terminal impedance
2022年 1 月17日受理[doi:10.2320/materia.61.210]



最近の研究

むため，静電ポテンシャル項を含む下記関係で与えなければ

リア濃度，移動度を示す． F ， q はそれぞれファラデー定ならない(1)(2)(12)．

数，静電ポテンシャルを示す．|| は絶対値を示す．イオン

dU＝TdS－pdV＋∑i mi dni＋q d q(1)

T, S, p, V は絶対温度，エントロピー，全圧力，体積を示す．

mi と ni はイオンを含む系の構成化学種の真性化学ポテンシ
ャル(11)およびそのモル濃度，q は系の静電ポテンシャル，qの化学ポテンシャルが理想溶液における中性化学種と同様の形式で与えられるとすると式( 6 )は下記に変形できる．
jj＝－zj FDj nj;mj＋|zj|nj mj F ;(－q)RT(7)

は電荷量を示す．イオンは固有の電荷を持つ粒子であること

R と T は気体定数と絶対温度である．ここで式( 3 )に立ちを表記すると下記関係が拘束条件として与えられる．

返ると jj の駆動力は－ ;( mj ＋ zj Fq )であることが要請され

qi＝zi Fni

(2)

る．式( 7 )に対して駆動力の要請を満たす関係を求めると

ここで qi，zi は構成種 i の部分電荷および価数， F はファラ

NernstEinstein の関係が必要になる．

デー定数である．この関係を用いると内部エネルギー式は下

Dj |zj|FDj
z 2j
＝
＝ mj
F
|zj| RT
RT記にまとめられる．
dU＝TdS－pdV＋∑i( mi＋zi Fq)dni(3)

加えて電気的中性条件として下記が成立する．
∑i zi ni＝0(8)

この関係を式( 7 )に代入し，拡散係数を移動度に変換すると下記関係が得られる．

(4)

式( 3 )中の mi＋zi Fq 項で zi≠0，すなわちイオンによる項を
電気化学ポテンシャル( mã i)と表記する．電気化学ポテンシャ

jj ＝|zj|Fnj mj(－;mã i)zj F

(9)|zj|Fnj mj は定義によりイオン伝導度(sj)であるから

ルとは「電荷を持つ粒子」をポテンシャル形式で表現したもjj ＝のとわかるだろう．式( 3 )では正負イオンの反応により生sj(－;mã i)
zj F

(10)

成 する中和物も 含める．この ように表記した 式( 3 )からとなり Wagner 理論の基本になるイオン電流密度式を求め

Gibbs エネルギー関数に変換，式( 4 )を加え，さらに完全結ることができる(1)．Wagner 理論とは，荷電粒子の電流密度

晶を標準状態に設定した化学熱力学が欠陥化学なのであ式，外部電流の関係，局所平衡，対象系周囲の熱力学状態をる(2)(13)．加えて式( 3 )，( 4 )を基礎とする熱力学を古典不組み合わせて様々な状況下での物質・電荷輸送関係を定式化

可逆熱力学に拡張した輸送理論が Wagner 理論と等価なの

し物理化学現象を表現するものである．また古典不可逆熱力

だ．

学から式( 5 )と( 10 )は不可逆系定常状態におけるエントロ
ピー生成速度と関係するのである(12)．

.

古典不可逆系の考え方と Wagner 理論の関係
. Kleitz による電極過電圧問題の提起

古典不可逆熱力学では局所平衡仮説の成立を基礎に据える(14)．局所平衡仮説では，マクロには非平衡にある系を仮Kleitz が提起した電極過電圧の理論問題とは，単純に言え

想的に小さなセルに分割，その集合体であると考える．そしば過電圧そのもの，あるいは電解質/電極界面において印加て，それぞれのセル内部状態は密度に対して平衡熱力学の法

電圧により中性化学ポテンシャルが変化する物理的因果律が則が成り立つとする．この仮説は熱伝導や拡散の現象論にお不明という問題である(4)(5)．電極過電圧は直流過渡応答信号

いて暗黙に用いられている(12)．

または交流応答測定によって分離できるが，これは全印加電

2 つの平衡状態にあるセル 1 とセル 2 を考える．これらの圧から固体電解質のオーム損を差し引いた値を電極過電圧にセルに含まれる中性 j 種濃度をそれぞれ nj1， nj2 とする．ま割り当てるという意味に過ぎない．電極過電圧式は測定されたセル 1 ， 2 中の j 種化学ポテンシャルをそれぞれ mj1 ， mj2た電極過電圧と電流の関係を示すものであり，電極過電圧のとする．さらに j 種はセル 1 と 2 を自由に往来できるとする理論を与える関係式ではない．これでは固体電解質に電圧をと，式( 3 )から j 種は mj1 と mj2 が等しくなるようセル間を印加しても，全印加電圧に対して電極過電圧にどれだけ分配移動する．この移動過程について，それぞれのセル重心間距

されるかという規則はわからない．

離と移動時間を導入，さらに距離の微小極限と定常状態を考えると熱力学的な Fick の拡散関係が導出される．
jj＝－Dj ;mj

さらに解釈を困難にしたのは YSZ の黒色化だった． YSZに電極を取り付けて高温下の大気中で直流電圧を印加すると(5)

マイナス極側からプラス極に向けて YSZ 内部で黒色化が進

ここで jj ， Dj は j 種のフラックスおよび拡散係数で， ;は勾行する．黒色化は強還元による色中心によることは別の実験配演算子である．拡散は古典不可逆熱力学の一現象であで確認された(8)．電極反応を考えると，それぞれの電極におる(12)．

ける反応式は書けても総反応は何も残らない．なぜならマイこの関係をイオンに対して拡張する． jj は Fick の第一法
則式と荷電粒子の伝導式の和で与えられるとすると
jj＝－zj FDj ;nj＋|zj|nj mj F ;(－q)(6)

で与えられる．ここで zj, nj, mj はイオン種( j )の電荷，キャ

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

ナス極の電極反応は1(electorode)→ O2－(YSZ)
O2(gas)＋2e′2(11)

プラス極における電極反応は



O2－(YSZ)→

1(electorode)O2(gas)＋2e′2(12)となる．これらは反応の向きが異なるのみであり総反応は消Nernst 式に従った酸素ポテンシャル差で与えられる根拠をも失う．これらは固体電解質，特に酸化物イオン伝導体の電極過電圧に関する実験結果や解釈と整合性を保てないのだ．

失する．電圧を印加すると YSZ の還元が生じると単純に現固体高分子型燃料電池の電極過電圧について化学動力学か

象を結びつけてしまうと，電圧は中性酸素ポテンシャルを変らの議論もある(20)．Marcus 理論によるものだが導出される化させる能力があることになる．これは熱力学，電磁気学，のは BulterVolmer 式と等価であり，その内容も Eyring に

電気化学のいずれを用いても理論で説明できない．

よる解釈と大きな違いはない．

酸化物イオン伝導体/金属電極/気相が共存する界面を三相酸化物イオン伝導体の場合，三相界面の酸素ポテンシャル

界面という．酸化物イオン伝導体の電極過電圧理論においを Nernst 式で与え，反応速度論と組み合わせると形式的にて，三相界面の酸素ポテンシャルが変化するモデルは既に存

ButlerVolmer 式と等価な関係を導出できることも指摘され在すると考える読者もいるだろう．モデルとして電極過電圧ている(21) ．しかし三相界面の酸素ポテンシャル変化を与えと三相界面酸素ポテンシャル変化を結びつけているものは柳

る物理的原因に触れていないことに変わりはない．

田ら(15)，水崎ら(16)のモデル等がある．これらのモデルに共電極過電圧要因の異なるモデルとして固体電解質/電極界

通するのは酸化物イオン電流が流れている場合，三相界面の面近傍における電解質内部に生成した電気二重層モデルを考酸素ポテンシャルが変化していることを前提に理論が構築さえる研究者もいるだろう(22) ．しかし電気二重層モデルの数れていることだ．三相界面酸素ポテンシャルが変化している理を検証すると電気化学ポテンシャルの拘束が外されておとする理由は実験結果によるもので理論からの帰結ではな

り，イオンの真性化学ポテンシャルと静電ポテンシャルを個い．したがって Kleitz が問うた三相界面の酸素ポテンシャ

別に変動させている(23)(24)．これは電気二重層内部の状態がルが変化する理由については何も触れていない．つまりイオン結晶の熱力学で記述できないことを意味する．電気二Kleitz の問いに対する解にならないのだ．

重層の状態を表す物理法則がイオン結晶バルク部，気相，電Kleitz の過電圧問題提起では固体電解質/電極界面におけ極と大きく異なるのであれば電気二重層が正しく周囲の熱力るポテンシャル接続関係に関する重要な指摘にも注目すべき

学情報を伝達する保証を失い，様々な現象が Wagner 理論

だろう(5)．固体電解質は電子構造上ワイドギャップ半導体でで説明できたことと齟齬が生じる．電気二重層問題についてあり自由電子が存在する．したがって固体電解質/電極界面は Guggenheim の論文においても迂遠に指摘されている(25)．

で自由電子の電気化学ポテンシャル平衡が成立しうる．さらに欠陥化学で扱うように周囲雰囲気との平衡も成立しうる．
これら界面平衡が成立すると固体電解質/電極界面で明確なポテンシャル接続関係が与えられるのだ．一方，液体電解質

.

不可逆系熱力学に基づいた電極過電圧モデル




系の設定

系における電極過電圧理論は確率過程を組み込んだ速度論でWagner 理論と不可逆系熱力学の整合性を考慮すると電極あり，電解質/電極間のポテンシャル接続が曖昧あるいは存

過電圧理論も熱力学およびその拡張である古典不可逆熱力学

在しない．このような物理的違いを鑑みず，液体電解質系にに基づいて構築するのが自然である．なぜなら電気化学信号

おける過電圧理論を固体電解質系へ援用したことを Kleitz

は両電極で生じる総反応の化学熱力学量と相関するためだ．

は批判したのだ．

熱力学を基に理論を考える場合，対象にする系を適切に設定する必要がある．欠陥化学はイオン結晶を対象とする熱力

.

既存の電極過電圧モデルと固体電解質系適用への問題点

学系，イオン結晶を取り囲む周囲を熱力学浴と設定する(図(a)．Wagner 理論も基本は同じだが電極が付いている場合
は電極を自由電子の熱力学浴と扱う(図 2(b ))．固体電解質

電極過電圧の関係式ならば Butler Volmer 式を思い浮かはワイドギャップ半導体であり内部に自由電子が共存する．

べる読者もいるだろう． Butler(17) と Volmer(18) の原著論文

したがって電極/電解質界面では自由電子の電気化学ポテン

を読むと，現代の電気化学教科書にある説明(6)と少し異なる

シャル平衡が成立する．この関係は液体系電気化学では存在ことに気付く．Butler と Volmer は溶液系電解質における電しない関係である．自由電子の平衡に加え，欠陥化学でも導極反応の進行そのものに確率過程が存在するモデルを提唱し入される三相界面における気相との平衡，三相界面から離れたのみだ．

た位置における気相の化学ポテンシャルが三相界面における現在，一般的になっている確率過程が反応座標系における化学ポテンシャルと異なる可能性が高いことを考慮すると，ポテンシャル障壁に依存するモデルは Eyring の絶対反応速

扱うべき対象系は電解質，多孔質電極および多孔質電極内の度論による(19) ．この理論は電極反応そのものが律速過程に気相から構成される不均質系となる．さらにその周囲の雰囲あるモデルである．電極反応そのものが律速過程にある場

気を熱力学浴とすれば良い(図 2(c))．

合，三相界面の酸素ポテンシャルは変化しない．加えて絶対

図 2( b )で示した固体電解質と自由電子浴としての電極の反応速度論では熱力学における詳細釣り合いの原理不成立がみを対象系と設定し，Wagner 理論を適用した論文は複数存要求されることも指摘され，電流遮断直後の残留電圧が在する(26)(27)．これらの理論では電極過電圧あるいは三相界



最近の研究

図3

YSZ の電極過電圧モデルで用いた電解質，電極，電源などの配置，構成，位置設定．

O2－＝O＋2e′, mã O2－＝mO＋2mã e′(13)

ここで mO ， mã e′は YSZ 内部の酸素化学ポテンシャルおよび自由電子の電気化学ポテンシャルを示す． YSZ 内部の定常酸化物イオン電流密度は位置によらないこと，ポテンシャル
は積分経路に依存しないことを考慮しながら，式( 13 )を(10)に代入後，x＝0 から x＝L まで積分すると下記式が得られる．
jO 2－ L ＝
図2

( a ) 欠陥化学，( b ) 従来の Wagner 理論，( c ) 古典不可
逆熱力学に基づく電極過電圧モデルにおける熱力学系の設定．

s O 2－
2F(－)[ 12 {m －m }＋2{m －m }] (14)
(－)
O2

(＋)
O2

(－)
e′

(＋)
e′

(＋)

ここで mO2 と mO2 はマイナス電極およびプラス電極が取り付けられた YSZ の三相界面における酸素化学ポテンシャル，
(－)

(＋)

me′ と me′ は同三相界面における YSZ 内電子の電気化学(＋)
ポテンシャルを示す．注意すべきことは m(－)
O2 と mO2 が大気面における酸素ポテンシャル変化を求めることはできない．

中の酸素化学ポテンシャルと異なる値を取るか否か，この時理論的に三相界面の酸素ポテンシャル値を規定してから電解(＋)
点ではわからないことだ．したがって m(－)
O2 と mO2 が大気と質内部の酸素ポテンシャル分布等が計算できる，という構造(＋)
異なるとしても対応できるように m(－)
O2 と mO2 は導入したとになっているためだ．この帰結と対象系の取り方を考えると考えるべきなのである．

過電圧発生原因は電解質外部にあると考えられる．なぜなら
電解質内部にあるならば固体電解質のみを対象系にしたYSZ の電極面積で規格化した見かけ抵抗を RO2－ とすると

sO2－ は伝導度の定義から下記で与えられる．

Wagner 理論のみで現れなくてはならないためだ．


YSZ における電極過電圧モデルの定式化(28)s O 2－ ＝L
R O 2－(15)

固体電解質は電子構造上ワイドギャップ半導体であり自由

著者は YSZ の電極過電圧モデルを構築するに当たり，式電子が存在する．したがって固体電解質と電極界面において( 10 )の YSZ 内部に ;mã O2－ が存在すれば酸化物イオン電流密自由電子における局所平衡が成立する．各電極の自由電子電度( jO2－)が発生する現象を基にして展開した．以降，著者が気化学ポテンシャルを mã e′(＋)，mã e′(－)で表記し，式(14)と構築したモデルを電極過電圧モデルと記載する． YSZ に同(15)を組み合わせると下記関係を導出できる．

一物質からなる多孔質電極を取り付け外部から電圧を印加した状態(図)を考える．温度は酸化物イオン伝導が生じる温

－

(－)
m(＋)
mã e′(＋)－mã e′(－)
O － mO 2＝ R O 2－ jO 2－ ＋ 2
F
4F

(16)

度であるとする．また単純化のため YSZ は大気中にあり，電極材料は同一物質を仮定していることから式( 16 )の左辺

電子伝導は無視できるとする．

は印加電圧(E )になる．

電極から YSZ に電圧が印加されると式(10)に従ってイオン電流密度が発生する．古典不可逆熱力学では局所平衡を原理とするため YSZ 内部では下記の局所平衡関係が成立する．

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia JapanE ＝ R O 2－ jO 2－ ＋

(－)
m(＋)
O 2 － mO 2

4F

(17)

式( 17 )の左辺第 2 項が YSZ 両電極で発生した電極過電圧

(h )で酸素フガシティー( pO2)を用いると酸素濃淡起電力と同ことができる．この関係式が正しければ YSZ 部分を酸化物一式になる．

イオン伝導体に一般化した場合，次の現象が現れるはずだ．
RT p(＋)
Oh＝
ln 2
4F p(－)
O2(18)

固体電解質に酸化物イオン伝導度が高い物質を用いると，同一印加電圧で過電圧が大きくなる．なぜなら同一の電圧が印

再度，電極過電圧部を見直そう．式( 14 )で説明した様に加された場合，酸化物イオン伝導度が高い物質ではより大き

(－)
m(＋)
O2 と mO2 は理論によって変化を説明したものではなく，なイオン電流を発生しようとする．しかし電極部の酸素収

あくまで変化しても対応できるよう導入したに過ぎない．式集・放出能力が同一であればより大きな酸素濃度差が必要に( 17 )は見かけ電圧の釣り合い式になっているが，式( 17 )右なる．結果として過電圧が大きくなるのだ．この現象は複数

辺第 1 項の Ohm 損と第 2 項の電極過電圧への分配比は理論の研究グループによる実験結果と一致する(32)(33)．

で決められない．また式( 17 )の左辺と右辺第 2 項の電極過YSZ の高電圧印加フラッシュ現象については電気化学分

電圧は電流項を含んでいないため，その依存性もわからな

解電圧以上の電圧が印加されているにも関わらず電解質が分い．イオン電流が 0 かつ大気中に置かれた YSZ の場合，解しないことに疑問を抱く研究者もいる． YSZ の電気化学

E ＝ 0 であれば式( 17 )の過電圧も 0 になる．したがって式

分解電圧は 973 K で 2～3 V であるのに対し，フラッシュ現( 17 )の電極過電圧項はイオン電流に依存することは実験で象 で は 約 50 V の 電 圧 を 印 加 し て い る た め だ(28)(34)(35) ．

確かめられる事実だ．

Wagner 理論によると電圧を酸素ポテンシャルに変換できる

これは式( 17 )に含まれる情報が不完全であるために定常のは外部電流が 0 の場合，およびイオン電流が 0 になってイオン電流が流れている状態を表現しきれていないことを意いる場合のみである(1)．逆にこれらの条件が成立していなけ(－)
味する．式(17)をより完全な式にするため，m(＋)
O2 と mO2 に(＋)(－)
ついて考える． mO2 と mO2 が変化したと検知できるのはイ

れば印加電圧のみから酸素ポテンシャル変化を単純に予測・オン電流が流れていない初期状態との比較からなされる．

テンシャルの理論値を計算できない事実と一致する．したがYSZ は大気中にあると仮定しているため，電流が流れていって電極がブロッキング電極の状態にならなければ電気化学ない初期端子間電圧(E °)は下記で与えられる．

分解電圧を超える電圧を印加しても分解しない．逆に電極が

Air
mAir
O － mO 2＝ 0＝ 2E°
2F(19)

式(19)に初期状態を導入すると以下の関係が導かれる．
＝ E ＝ R O 2－ jO 2－ ＋
E－ E °

(－)
Air
m(＋)
mAir
O － mO 2
O2 －mO2
＋ 2
4F
4F

(20)

計算できない．これは式( 17 )，( 18 )，( 22)における酸素ポ

理想的な可逆電極の場合，式(22)の右辺第 2，3 項は 0 になり投入電力は全て Joule 熱に変換される．現実の電極はブロッキング電極と理想的な可逆電極の中間にある部分ブロッキ
ング電極状態である(16)．
 で説明した通り電解質とその周囲雰囲気を含式(22)は 5

さらにイオン電流密度と電極界面における中性酸素流速

む不均質系で取り扱った場合のみに導出できることがわかる( jO2)を間には下記の関係が成立する．

だろう．なぜなら電解質と電極そして三相界面における気相jO2－＝－4F jO2(21)

状態のみで定式化すると，導出できる式は( 17 )が限界となり過電圧発生の物理原因を探れる関係まで到達できないためこの関係を式(20)と組み合わせると下記関係を導出できる．

だ．重要な視点は YSZ と多孔質電極，これらを取り囲む熱Air
E jO2－＝RO2－ j 2O2－＋jO2[－( m(＋)
O2 －mO2 )]

力学浴としての大気に加えて，熱力学浴と接続する非平衡状(－)＋jO2[－( mAir
O2 －mO2 )](22)

態部も考慮して定式化することだった．この様な取り扱いは

この関係は外部から YSZ に投入された電力と YSZ と電極か

固体酸化物燃料電池の過電圧測定で暗黙に取り入れられていらなる系におけるエネルギー消費関係を表している．左辺がる．なぜなら電流遮断法による過電圧測定では電流遮断直後

外部電源から投入された電力であり，左辺第 1 項は酸化物の電圧降下を Ohm 損とし，残留電圧を過電圧と評価する．

イオン伝導による Joule 熱である．左辺第 2 項と第 3 項はそ

残留電圧は時間緩和しながら消失するが，最終的にはイオン

れぞれプラス極とマイナス極でのエネルギー消費速度を意味

電流が流れていない状態での酸素ポテンシャル差に対応するする．ただし熱力学的流れは中性酸素であり，その駆動力は起電力に変化することは既知であったのだ．

中性酸素ポテンシャル差であることから直接的には電気による効果ではない(29) ．中性酸素の化学ポテンシャル分布は

YSZ 黒色化現象の検証

YSZ 外部空間に存在し，中性酸素は YSZ を取り囲む大気か

Biesuz らは YSZ 単結晶に 2 端子電極を取り付け大気中でら収集，散逸する必要があることを考慮すると，式( 22 )右高電圧を印加するとマイナス極側から黒色部が比較的遅い速辺の第 2，第 3 項は中性酸素の拡散，すなわち中性化学種仕度で成長する現象をその場観察することに成功した(10)．さ事によるエネルギー散逸である(29)(30)．

らに放射温度計による温度分布測定から黒色部は温度が低い

式( 22 )とその導出を注意しながら理解すると中性酸素にことを報告している．実際に直流フラッシュ焼結した 3YSZ

よる化学仕事によるエネルギー散逸項は中性酸素拡散によっの断面写真を図(a)(28)に示す．マイナス極の一部から黒色て発現していると結論できる(31) ．因果律の観点から見直せ

部がプラス極側に広がっていること，プラス極近傍は黒色化

ば YSZ 内のイオン電流が過電圧を生む原因であると捉えるしていないことがわかる．



最近の研究

図4

3YSZ における(a ) 直流フラッシュ焼結体断面写真，および(b) 交流フラッシュ焼結体断面写真．文献(28)より引用．(オンラインカラー)
図5

Biesuz らはマイナス極側から YSZ が還元されるのは自由電子が電極からエミッションによって YSZ に注入されるとする定性的なモデルを提案している(10)．このモデルであれ

YSZ に電圧印加時の見かけ内部電位( Vapp )および酸素
ポテンシャル( mO2 分布模式図． Vapp はプラス電極における電位を基準にして表記した．実線は電極過電圧が 0の場合，一点破線は電極過電圧が発生している場合を示す．

ば還元部の温度低下を説明しうるが，自由電子がマイナス極付近から伝導しにくい現象を新たに説明する必要がある．し

が流れている時の YSZ および電極における見かけ内部電位

かしこの点については何も触れられていない．

(Vapp＝－mã e′/F )と酸素ポテンシャル( mO2)関係を模式的に図

過電圧モデルであればマイナス極から還元が生じた結果，に示す． Vapp の絶対値は決められないため図 5 ではプラYSZ 内部に酸素化学ポテンシャル変化が伝搬するモデルとス極の見かけ電位を基準にして示した．実線は電極過電圧がなり黒色化部が低速で成長する現象を説明しうる．また0 の場合，一点破線は電極過電圧が発生している場合であYSZ の還元反応は吸熱であるため黒色化部の温度が低いこる．電極過電圧発生の有無によらず外部電源電圧は全てとも説明できる．

YSZ に印加されていることから式(17)，( 22)と齟齬を感じ

さらに新しい現象として高振幅電圧印加による交流フラッ

る 読 者が い る かも し れな い ． 電極 過 電 圧が 0 の場 合 ， 式

シ ュ で は YSZ の 黒 色 化 が 生 じ な い こ と が 報 告 さ れ(17)の右辺第 2 項は 0 となるため印加電圧は Ohm 損と一致た(10)(28)(34)(35)．10 kHz の交流フラッシュ焼結した 3YSZ のする．一方，電極過電圧が発生している場合，外部電源から

断面写真を図 4(b)(28)に示す．直流フラッシュの場合と異な印加された電圧は電解質内部で Ohm 損と電極過電圧に分割

り，黒色化部がないことがわかる．この現象は自由電子のエされる．これらの和が印加電圧と一致するのだ．電解質内部ミッションモデルでは説明が難しい．なぜなら自由電子のエにおける電極過電圧とは何かと問われれば，二つの三相界面ミッションは閾値電圧で決まるため交流を用いても電圧が高における酸素ポテンシャル差により発生する酸素濃淡電池起ければ黒色化が生じる，あるいは YSZ 内部に残留する可能電力だ．この起電力は式( 18 )で与えられる．電極過電圧と性が高いためである．一方，過電圧の場合，周波数依存性はして発生する酸素濃淡電池起電力は YSZ 内部における酸化電極インピーダンスと相関する．周波数が高いと電極インピ物イオン電流の発生に寄与しない電圧になるのだ．定性的にーダンスが現れないことは既に知られている．電極インピーは酸素濃淡電気起電力により電圧の原点ずれが生ずると考え

ダンスは電極過電圧に対応する中性酸素化学ポテンシャル差れば良い．更にその原点ずれ電圧値がイオン電流値に依存すと中性酸素流速の関係で導出される(29)(31)．これらの結果にるのだ．式(17)と(18)が示す重要な点は YSZ に取り付けら

よれば周波数が高いと過電圧は発生しにくいのだ．したがっれた電極間で酸素濃度差があれば酸素濃淡の発生要因によらて高振幅電圧を印加しても周波数が十分高ければ，黒色化がず濃淡電池起電力を発生する．当然だが YSZ は酸素濃度差

生じないことも説明できる．

を電気信号として出力するが酸素濃度差の発生機構について

電極過電圧情報を含む部位，電極過電圧分離の問題

式( 22 )は誤解を招きやすい欠点もある．誤解とはプラス
極とマイナス極の電極過電圧は電極部分での電圧降下であは何も出力しない．このため YSZ 内部の酸化物イオン輸送
式と三相界面の局所平衡のみを考えてしまうと電極過電圧の関係を導出できなくなるのだ．
図 5 は他にも興味深いことを示している．2 端子セットア

り，電解質内部に電極過電圧の影響は現れないという考えでップによる YSZ の電気化学インピーダンス・スペクトルにある．図 4 の配線で YSZ に直流電圧が印加されイオン電流

おいて RO2－ が周波数に依存せず一定になることだ．電気化

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

学インピーダンス法とは，大まかに言えば Ohm 損と電極過電圧の分配比が周波数に依存することを利用したスペクトル
分離法と考えれば良い．電極インピーダンスの時定数が大き
いため高周波数域では電極過電圧が発生し難く Ohm 損が支配的になる．逆に低周波数域では電極過電圧が発生しやすいため，全印加電圧に対する電極過電圧の割合が大きくなる．
しかしイオン電流を発生させる実行電圧イオン電流関係の勾配は過電圧の大小に依存しないため RO2－ は一定になる．
これがバルク抵抗と電極インピーダンスを直列接続した等価回路モデルで YSZ の電気化学インピーダンスを解析できる理由である．
4 端子セットアップを考えてみよう．4 端子における電圧

測定端子は，理想的には計測回路への電流漏れはないため電図7

解質内部の電圧関係，酸素ポテンシャル関係は変わらない．

987 K ，大気中において YSZ 焼結体に 1 kHz ，振幅電圧 9 V を印加したときの電流と電圧の関係．文献( 28 )より引用．

電圧測定端子は何を測定するか考えれば理想的には 2 箇所の電解質内部電圧を測定する．電解質内部電圧には電極過電ためにひねり出された解釈だろう．

圧情報も含まれているため，単純な 4 端子法ではイオン電不可逆状態にある系にプローブを付けて測定されたポテン流を発生させる駆動電圧を測定できない．したがって 4 端

シャルは必ずしも局所平衡仮説を含むとは限らないとの指摘

子法を用いても正確なイオン伝導度を測定するには電流遮断もある(37) ．金属または気相平衡を伴わない電子伝導体の場法または交流インピーダンス法を用いる必要があることも理合，この指摘は妥当と考えられる．しかしイオン結晶の場解できるだろう．

合，欠陥化学における気相平衡関係など他の実験結果との関YSZ の電気化学インピーダンスについて，電解質と電極係も考慮されたものだ．欠陥化学の知見を組み合わせた結果構造と等価回路を対応させ図( a )で与えている論文もあとして局所平衡を組み込んだ理論が固体内イオン輸送現象をる(36)．図 6(a)の等価回路は 2 つの電極インピーダンスをス

うまく説明できるようになっているのだ．固体内イオン輸送

ペクトルとして分離できない場合がある問題を除けば正しい

現象と欠陥化学が密接に相関していることは重要な意味を持ものだ．この等価回路は式( 22 )の形式と整合性も良く見え

つ．

る．しかし誤解を招きやすく，図 5 で示した関係を見落と

YSZ の交流フラッシュ状態のインピーダンス測定は更にしやすい．事実， 4 端子セットアップの等価回路図は図 6

別の問題が生じる(28)．大きな交流振幅電圧が印加された場(b)になっている(36)．電圧測定端子に電極インピーダンスを合， YSZ のイオン電流と印加電圧の関係が非線形になってつなげた理由は下記であった．“電圧測定電極は有限の幅がいるため通常のインピーダンス理論を適用できないのだ．非ある． YSZ 両端電極から電圧が印加された場合，電圧測定

線形効果は交流印加電圧と電流の時間変動を測定することで電極と YSZ の界面は短絡電池状態になり電極反応が生ずる確認できる．図に YSZ へ 9 V 振幅， 1 kHz の交流電圧をため電極インピーダンスが発現する”これは 4 端子セット印加したときの電流の関係を示す．印加電圧曲線は単純な三アップで電気化学インピーダンスを測定したにも関わらず電角関数型波形であるのに対し，電流曲線が歪んでいることが極インピーダンスが低周波数域で現れた実験事実を説明する

わかる．このような歪みが生じている場合，高調波の影響により正しいインピーダンス値を演算できない．この非線形効
果の原因は YSZ のイオン伝導そのもの，電極過電圧どちらもあり得るのだ(28) ．インピーダンス測定の目的が過電圧の分離であるとするならば，フラッシュ状態における過電圧分
離は電気化学インピーダンス法とは異なる手法で行うことが望ましいと考えられる．さらに残された最も大きな問題は非線形現象を普遍的に記述できる不可逆系熱力学はまだ確立されていないことだ．フラッシュ焼結・処理によるジルコニアの黒色化は過電圧モデルである程度，説明できたがフラッシュ状態にあるジルコニアの状態そのものは未だ理論で記述できないのだ．

図6

YSZ の( a ) 交流 2 端子法による電解質，電極配置と等価回路，(b) 交流 4 端子法による電解質，電極配置と文献(36)で提案された等価回路．

.

最

後

に

YSZ の黒色化から端を発した過電圧問題について，イオ

最近の研究ン輸送理論，欠陥化学と整合する過電圧理論を構築した．この理論は矛盾なく様々な現象を説明できることも紹介した．
本解説では YSZ に対称電極を付けた場合を取り上げたが，電極過電圧モデルは蓄電池などのエネルギー変換デバイスへも一般化できる．より抽象化を進めた上で化学電池発電に適用した理論も報告済み(30)なので興味がある方は参照頂きたい．
重要な問題提起をした Kleitz は電極過電圧問題を解明するに至らなかった．この理由は古典不可逆熱力学が現在ほど洗練されていなかったこと，適切な熱力学系の設定という発想の転換ができなかったことにあると推測される．固体物理を電気化学と融合させることが先端研究であった背景を考えれば，先を見すぎた結果と言うべきだろう．固体物理を超えた問題だからだ．
全固体電池の現象を詳しく検討すると現在の固体電気化学
理論では説明しきれないことも多い．固体電気化学は主にWagner 理論以降に発展したものであり未成熟な部分も多く残されている．分野を問わず固体電解質，固体電気化学が興味の対象であり続け，多分野の研究者から新しいアイデアが生まれ今後も発展し続けることを望みたい．
本研究は， JST ， CREST ， JPMJCR1996 の支援を受けたものです．固体電解質における電極過電圧，特に YSZ の黒色化に関する研究機会を与えて下さいました関係者の皆様に御礼申し上げます．

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ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

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★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
1998 年

名古屋工業大学大学院工学研究科博士後期
課程修了

主な略歴
1998年 4 月2006年 3 月
2006年 4 月2013年 3 月

小林清

独立行政法人産業技術総合研究所 研究員
独立行政法人物質・材料研究機構 主任研究員

現職
2013年 4 月専門分野無機固体電気化学◎主にイオン伝導性酸化物の低温合成プロセス開発とその固体電気化学評価研究に従事．最近は固体電気化学理論の体系化とフラッシュ焼結現象への応用，
結晶配向セラミックス製造，統合型電気化学インピーダンス解析ソフトウェア開発を中心に活動中．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★



金属材料実験の手引き
15

1．組 織 観 察
組織写真のデジタル画像処理の基礎
小

林

俊

介

最終的に「0 と 1」の 2 進数で表現ができるため，コンピュ はじめにーター上で取り扱うことができます．そのため，画像処理や複製が簡単に行え，取り扱いが非常に簡単に行える特徴があ

これから研究を始める学部生の方など初学者を対象としります．

て，撮影した組織写真を発表に使うための画像の取り扱いの実際のデジタル画像のデータ構造を見ていきます．図に基礎を解説していきます．最近の研究室では，アナログ画像

示す様に，デジタル画像を拡大すると一つ一つ正方形の格子を出力する装置は既に稼働しておらず，デジタルカメラ，光が並んでいるのが分かります．この画像を構成する最小要素

学顕微鏡や電子顕微鏡等から出力される組織写真は全てデジのことを画素(ピクセル pixel )と呼びます．さらに，各画

タル画像と言われる画像となっていると思います．デジタル

素は値をもっており，この値のことを画素値といいます．デ

画像とは何かということを知らなくても，ソフトウェアの機

ジタル画像は画素値によって，大きくカラー画像とモノクロ

能で濃淡調整，画像の切り抜き，拡大縮小や回転といった画

画像に分類できます．カラー画像の代表例は RGB カラー画

像処理を行うことができます．一方で，デジタル画像を理解

像 で す． 図 1 に ， 本 来の 画 像 デー タ 構 造と は 異な り ま す

した上で画像処理を行うことで，画像処理に伴う画像の変質が，分かりやく表記を変えたイメージ図を示します． RGB(劣化)を理解することができます．また，画像から情報抽出

カラー画像の画素値には 3 種類の値が含まれます．これはや計測などの画像解析を行うための基礎を身につけることが赤(Red: R)，緑(Green: G)，青(Blue: B)の色成分を示してできます．そこで，前半はデジタル画像の基礎，後半に画像

います．この 3 色は我々が使っているディスプレイの発光処理方法やその注意点を説明していきます．

 デジタル画像の基礎知識 デジタル画像とはアナログとデジタルという言葉を聞いたことがあると思います．このアナログ画像とデジタル画像の違いを理解することが第一歩となります．私たちが認識している自然界は連続的に変化しているアナログです．最近では使う機会が少なくなりましたが，フィルムなどに撮影した画像はアナログ画像となります．アナログ画像では非常に滑らかに画像を表現することができます．CCD や CMOS などのイメージセンサで撮影した画像はデジタル情報となり，デジタル画像と呼ばれています．このデジタル画像はとびとびの値で変化し，中間値を取らないという特徴があります．この特徴により一般的
なデジタル画像では画像の滑らかさではアナログ画像に劣ることになります．一方で，このデジタル画像のデータ構造は

図1

デジタル画像のデータ構造イメージ図．

非営利・一般財団法人ファインセラミックスセンター(JFCC) ナノ構造研究所電池材料解析グループ上級研究員
Keywords: micrograph, digital image, grayscale image, color image, image processing, resolution(組織写真，デジタル画像，グレースケール画像，カラー画像，画像処理，解像度)
2022年1月25日受理[doi:10.2320/materia.61.218]



実 学 講 座

素子に対応しています．言い換えれば，ディスプレイ上で表化が滑らかになっていくことが分かります．8 ビット(256階

現される色の情報を RGB カラー画像は持っていることにな調)と 16 ビット( 65536 階調)では見分けがつきません．これります．各色の成分は 8 ビット( 0 ～ 255 )の値を与えられては一般的なディスプレイで表現できる階調は 8 ビットのた

おり， 3 成分全てで表現できる色は 24 ビット( 8 ビット× 3 )め， 16 ビット階調をディスプレイでは表現することができとなります．このことから，RGB カラー画像は 24ビットカ

ません．そのため，図 2 に示している 8 ビット以上の画像

ラー画像とも呼ばれています．数に直すと2563＝16,777,216とアナログ画像は 8 ビット画像と同じ階調で表示されてい色(約 1677 万色)となり，ほぼ全ての色を再現可能であるとます．また，8 ビットのグレースケール階調を限りなく真の言えます．モノクロ画像の画素値はカラー画像と異なり，輝値で線形的に表現できるディスプレイは非常に高価となりま度に対する数値で与えられます．そして，この画素値に対しす．おそらく，使っているディスプレイによって，それぞれて黒から白までのグレーで表示されます．このことから，モ

見え方が異なっているはずです．もし，電子顕微鏡画像など

ノクロ画像はグレースケール画像や強度画像と呼ばれていま

グレースケール画像を良く使う必要があれば，グレースケー

す．

ル画像の階調が概ね正しく表現できるディスプレイを使うと




 デジタル画像の階調

良いでしょう．
8 ビット以上では視覚的に変化が分からないため，学会発

先ほどのデジタル画像の説明で「ビット( bit )」という言

表 な どで 使 う 画像 と して は 8 ビッ ト 画 像で 十 分と な り ま

葉を使いました．このビットとはコンピューター上で使うデす．実際に図 2 ( b )の写真に示す通り， 8 ビットでは十分滑ータの単位を意味します． 1 ビットでは「 1 か 0」の 2 つのらかな画像となっています．1 ビット(2 階調)画像は白と黒

情報， 2 ビットでは 2× 2 の 4 つの情報を示すことができまのみで表現するため 2 値化画像とも呼ばれ，特定の領域をす．カラー画像においても 24 ビットカラー画像や 48 ビット

識別するときなど画像解析に多く用いられています．また，

カラー画像，モノクロ画像でも 8 ビットグレースケール画

16 ビット以上の画像では視覚的に変化が分かりませんが，像や 16 ビットグレースケール画像のように，画像の持って濃淡調整の際に差が表れてきます．この点に関しては，後ほいる情報量(階調)で呼び方を変えたりします．ここでは，グ

ど改めて説明します．

レースケール画像を用いてビット数の違いによる画像の変化を見ていきます．


 デジタル画像の座標

まず，模式的に示したアナログ画像では滑らかにコントラ

デジタル画像の座標に関しては，既存のソフトウェアを使ストが変化していることが図( a )から分かります．一方，って画像処理を行うだけであれば，そこまで重要ではありま

デジタル画像では 1 ビットでは白と黒の 2 階調，2 ビットでせん．ただし，画像解析をする際など将来的に役立つ知識とは 4 階調とビット数が大きくなるにつれてコントラスト変なると思います．図 1 に示したようにデジタル画像のデー

図2(a)アナログ画像とデジタル画像の違い．図面化のため全て 8 ビット画像へ変換した画像で示す．(b) 1 ビット，2 ビット，
4 ビットと 8 ビットでの画像変化．

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
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


表1

組織写真に使うデジタル画像のファイル形式と特徴．

ファイル形式 読み方

拡張子

研究用途

TIF/TIFF

ティフ.tif/.tiff

画像処理，
画像解析，
図面，動画

GIF

ジフ

.gif

アニメーション アニメーション
動画
動画

PNG

ピング

.png

Web 掲載用，
図面

背景の透明化が可能
可逆式圧縮画像ジェイ .jpg/.jpeg Web 掲載用，ペグ
図面

データ容量小圧縮画像であるが高画質

JPG/JPEG

特徴

汎用性が高く非
圧縮画像

データ容量を小さくしながら透明背景ができる PNG 形式など，目的に応じてファイル形式を使いわけると良いでしょう．ただし，これらの動画作成や背景の透明化なども，デー
タ容量を気にしなければ TIFF 形式で対応可能です．研究用途で TIFF 形式が使えない状況はホームページ Web 掲載用の図面として使用する時となります．その場合は，TIFF 画
像を Web で掲載可能なファイル形式である JPEG 形式やPNG 形式へ変換すれば良いでしょう．また， RAW データ

やテキストイメージ( Text Image )等の重要なファイル形式
が多くありますが，応用となりますので将来的に様々な画像
図3

デジタル画像の座標系．

処理をする可能性がある方は，調べておくと良いでしょう(1)．

 組織写真の基礎的な画像処理
タ構造は全て数値で表すことができます．そして，これらの数値は座標で示すことができます．一般的にデジタル画像の




 組織写真の画像処理に関して

原点と座標は図に示す通り，画像の左上が原点となり，x学会発表や学術論文に使う組織写真は，撮影したままの画は右方向を正に，y は下方向を正にとります．これは，コン

像を使うことはほとんどありません．画像の濃淡調整，回ピューターを用いた画像処理が左上の画素から行われていく

転，拡大縮小といった画像処理を行った後，スケールバーなためです．そのため，デジタル画像ではここに示した座標系

どを入れて図面化した画像を使います．これは，他の研究者をとるのが一般的です．

に対して，組織写真から得られた知見を分かりやすく伝える




 デジタル画像形式の種類と特徴ための画像処理となります．これらのデジタル画像処理が数
学的に何をしているか，また，応用となる画像処理に関して

デジタル画像は様々なファイル形式が存在します．各ファは数多くある専門書(1)(2)にお任せして，撮影した組織写真をイル形式にはそれぞれ特徴があり，目的に応じて使い分ける

発表に用いるための画像処理を主体として説明をしていきまと良いでしょう．ここでは，組織写真を取り扱う上で必要とす．

なる各画像形式を表にまとめました．基本的に組織写真は始めに撮影した組織写真から発表用の図面化までの画像処

全て TIFF 形式にしておけば間違いありません．これは，画理の一連の流れを示します．まず，観察した組織写真の画像像処理に使う画像は非圧縮形式が望ましいためです．既に圧は，伝えたい箇所の組織が見やすいように濃淡調整をしま縮された JPEG 等の形式は，画像が劣化しているため，元す．最初に濃淡調整をする理由は，画像処理(回転や拡大縮画像として画像処理には用いないことが基本となります．そ小)の過程で画像劣化が生じる可能性があり，元画像を使っのため，各装置で観察した画像データは TIFF 形式で保存をた方が良いためです．次に，画像データの向き(回転)，大きしておくことをお勧めします．ただし，TIFF 形式は無圧縮

さ(拡大縮小)や必要に応じて画像の必要な部分を残して切り画像のため容量が大きくなるデメリットがあります．この抜きなどの調整をします．この時，図面を貼り付ける発表ス

TIFF 形式には LZW 圧縮を代表として様々な画像圧縮形式

ライドもしくは A4 用紙に合わせて画像の縦横の大きさを決があり，画質を保ったまま圧縮が可能です．

めておくと良いでしょう．次に，調整した画像にスケールバ

JPEG 形式は画像圧縮形式ですが，良い画質を保つことがーや文字を入れて適切な解像度へ変換し図面化していきまでき，データ容量も小さいという特徴があります．また，アす．それでは，下記に各項目について注意点を踏まえて説明

ニメーション動画(パラパラ動画)を作成できる GIF 形式やしていきます．



実 学 講 座
 濃淡調整見える領域が多いことが分かります．この様に，画素値のヒ
ストグラムを見れば，画像の性質を理解することができます．

組織写真において画像の明るさやコントラストを変化(濃実例を用いて濃淡調整を説明していきます．本質的に理解

淡の変化)させることで組織を見やすくする画像処理であるするためにはコントラストを定量的に扱う方法(マイケルソ

濃淡調整(階調変換)を説明します．この濃淡調整を行う上でンのコントラスト)やトーンカーブ(階調変換関数)を理解す

重要な指標となるのが画像の画素値の頻度(ヒストグラム)にる必要があります．興味がある方は調べてみると良いでしょなります．ここでは 8 ビットグレースケール画像を用いてう(1)(2)．ここでは，組織写真の濃淡調整においてヒストグラ

説明をしていきます．まず，グレースケール画像の画素値はムにおける画素値の範囲を変化させる画像処理を説明しま

輝度情報に対応する値を持っていいます．図( a )に画素値

す．専門的な言い方をすれば折れ線型トーンカーブによる変を横軸，画素数の頻度を縦軸とした各画素値の画像上での出換となります．

現頻度を簡易的に表した模式図を示します．このグラフは濃図( a )に組織写真の観察時の画像(元画像)を示します．

淡ヒストグラム，もしくは単にヒストグラムと呼ばれていま

便宜的に回転処理を行っていますが，濃淡調整はしていませす．このヒストグラムを見ることで画像の性質(暗い画像やん．また，スケールバーは敢えて入れていません．ここで，明るい画像など)を把握することができます．また，RGB カ

元画像は全体的に暗い画像であることが分かります．元画像

ラー画像においても，赤( R )，緑( G )，青( B )の 3 成分のヒの画素値は最小値 5 から最大値174の範囲となります．このストグラムを同様に求めることができます．
図 4(b )に組織写真を示します．実際には 16ビットグレー
スケール画像を使い濃淡調整を行っていますが，ここでは模式的に 8 ビットグレースケール画像へ変換した画像を用いて説明していきます．この組織写真は，酸素欠損を含むストロ
ンチウムマンガナイト薄膜を透過型電子顕微鏡の暗視野法で取得した組織写真です(3)．この組織写真の画素値をヒストグラムで表した結果を図 4 ( b )に示します． 8 ビット画像の階調 0 から255までの範囲で組織写真の画素値の分布がどのようになっているのか分かります．ここで，0 に近い画素値は暗い値(黒に近い階調)を意味しており，255の方では，明るい値(白に近い階調)をもつことを意味しています．ここでヒストグラムを見てみると，全体的に暗い値を持つ画素値が多いことが分かります．実際に，組織写真を見てみると，暗く

図4(a)画像のヒストグラムの模式図．(b)実際の組織写真とヒストグラム．

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
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図5(a )観察時の取得画像(元画像)と(b)濃淡調整の一例(変換画像)．(c)不適切な濃淡調整例．



最小値 5 から最大値 174 を 0 から 255 まで線形的に画素値の範囲を広げた画像(変換画像)を濃淡調整の一例として図 5(b)に示します．観察時の画像よりも明暗が分かりやすくな
り，組織が鮮明になっています．この様にヒストグラムの画素値から濃淡調整を行うことで画像を視認しやすくすることができます．
ここで，濃淡調整を行う際に白とびや黒つぶれなどが生じ，本来の情報が消えてしまうことがあります．元画像の 0から 100の階調範囲を広げることで白とびした画像(図 5(c )の白とび画像)を見てみると，矢印で示した箇所は全て白くなっており，組織の情報が無くなっていることが分かります．ヒストグラムをみると最大値255のところで画素値が飽和しており，本来，100以上の階調を持っていた画素が白く表示されていること意味しています．また，元画像の 20 から255の階調範囲を広げた画像(黒つぶれ画像)では，逆に画
素 値 0 で 飽 和 して い る こと が ヒ スト グ ラム か ら 分か り ます．この画素値 0 の画素を含む箇所では黒つぶれが生じており，やはり組織の情報が無くなっていることが組織写真か
ら分かります．このことから分かるように，組織の情報が消失しないよう濃淡調整は白とびや黒つぶれが無く，画像が持っている画素値が全てヒストグラム内に収まるように調整を行う必要があります．
組織写真の元画像で画素値が飽和している場合は，濃淡調整をしても意味がありません．デジタル画像は取得後に濃淡調整ができるため，組織写真を取得する際には，明暗が分かりにくい場合でも画素値が飽和しないよう元画像を取得するよう心がけましょう．
図6

濃淡調整には曲線のトーンカーブを使うことで，画素値の(a) g カーブ(b) g 変換画像とヒストグラム．

欠損(白とびや黒つぶれ)させずに画像変換を行い，明暗をはっきりとさせることができます．そのため，強い強度に埋もれた非常に弱い強度領域を強調する際に有効な画像処理となります．この曲線トーンカーブの代表的な画像変換に g 変換があります．g 変換は各画素の画素値の入力値と出力値において(出力値)＝(入力値)g の関係で与えられます．図(a)に

g ＝ 0.5, 1, 2 の場合の入出力の関係( g カーブ)を示します．
また，横軸と縦軸のスケールは階調で規格化した値を示しています．例えば， 8 ビット画像の場合には，画素値を 255で割った値が，その規格化した値となります． g ＝ 1 では線形であり，画像の画素値は変わりません．g が 1 より大きい場
合には，入力値を小さくすることで画像全体が暗くなります．

g が 1 より小さい場合には，入力値が大きくなり画像全体が明るくなります．実際に g 変換を行った画像とヒストグラム
を図 6(b)に示します．g＝1 の組織写真は図 5(b)と同じ画像となります．g を変化させることで，画素値を飽和させることなく，明るい画像(g＝0.8)や暗い画像(g＝1.2)へ変換できていることが分かります．
濃淡調整を行っても組織の明暗をはっきりとさせることが難しい場合があります．例えば，図のグレースケール画像

図7

グレースケール画像のカラーマップ画像への変換例．グレースケール画像中の数値は画素値を示す．

の様な場合です．画素値90, 80, 70の各領域は強度が近いた
め，視認しづらくなります．また，この画像は画素値 2 と

実 学 講 座250が含まれているため，線形的に画素値の範囲を広げたとしても明暗のコントラスト比を大きく改善することができません．この様な場合，各画素値の強度をカラーマップ強度へと置き換えることで，組織を見やすくすることができます．
実際にこのグレースケール画像をカラーマップ画像へと変換した例を図 7 に示します．画素値 90 ， 80 ， 70 の領域が見やすくなっていることが分かります．また，カラーマップ画像へ変換した画像を使う場合は，各色に対する強度が分かるよ
うに必ずカラースケールバーを一緒に示すようにしましょう．
濃淡調整に関して注意点を明記しておきます．g 変換を含む曲線トーンカーブを使った画像変換では不都合な情報を見えにくくしたり，本質とは異なる組織を強調して見せたりす
ることもできてしまいます．必ず元画像に含まれている情報
が，変換画像に正しく残っているかを確認する必要があります．そのためには，画像処理の知識だけではなく，材料学や観察装置からの出力データの強度や色調がどのようなものかを正しく理解する必要があります．もし，画像データの強度
情報そのものに意味がある場合は曲線トーンカーブを使った画像処理はすべきではありません．また，組織写真においては折れ線型トーンカーブを使った濃淡調整のみで十分な場合

図8

回転と拡大縮小による画像変化の例．補間処理はBilinear により実施．

が多く，必要がなければ曲線トーンカーブを使った画像処理はしない方が良いでしょう．以上のことから，発表などで曲理にも色々な処理が行われています．もし興味がある方は，

線トーンカーブにより特定の画素値を強調した画像を使う場

画像処理の線形変換やアフィン変換という項目を調べてみる

合は，元画像(もしくは線形的な濃淡調整した画像)も一緒にと良いでしょう(1)(2)．

示すと良いでしょう．

ここで，デジタル画像は正方格子に並んだ画素の集合体でまた，濃淡調整は 16 ビット以上の階調を持つ画像を使用あることを説明しました．そのため，単純に画像を回転や拡する方が適しています．これは，16ビットでは65536階調あ大縮小させると画素の欠け(欠損)が生じるため，この欠けたり，ある特定の画素値の領域を広げた場合でも，画素値の連画素の補間処理(画素の内挿)が行われています．良く使われ続性のとび(欠損)が少なくなるためです．そして，発表用にる補間処理は Bilinear (最近傍の 2 × 2 の画素の加重平均)や図面化する際に 16 ビットから 8 ビット階調へ変換すれば，Bicubic(最近傍の 4×4 の画素の加重平均)があります．つま

画素値の欠損はほぼ無視できるようになります．そのため，り，90度，180度回転や反転の場合は問題ありませんが，あ

8 ビット画像で濃淡調整をするよりも16ビット画像で濃淡調る任意の回転や拡大縮小させた画像はオリジナル画像とは完整を行い 8 ビット画像へ変換した画像の方が，画像の質と全に一致せず，ある程度の画像劣化が生じることになりましては良くなります．

す．実際に画像処理を行った画像の変化例を図に示しま

将来的に SNR ( signal to noise ratio )の悪い画像(ノイズす．画素の補間処理により，境界部分がにじんだ様に見えるの多い画像)を取扱うことがでてくるかと思います．その際のが分かります．回転や拡大縮小を行う際は必要最小限の回は画像処理の一つであるフィルタ処理が有効な手法の一つに数で行うことが望ましいと言えます．

なります．様々なフィルタ処理方法がありますので，是非調べて見てください(1)(2)(4)(6) ．ただし，フィルタ処理も g 変




 適切な解像度と画像の縦横サイズ

換と同様に不都合な情報を見えにくくできてしまいます．そデジタルカメラなどで 1200 万画素や 2400 万画素のようなのため，フィルタ処理を行う際は，その処理がどの様な原理

言葉を聞いたことがあるかと思います．一般的に撮影した画

なのかを理解する必要があります．また，フィルタ処理画像

像の画素数が多いほど，高精細な画像となります．しかしなを使う場合は，フィルタ処理の方法を必ず明記するようにしがら，画素数の多い画像はデータ容量が大きくなり，取り扱ましょう．

いが大変になります．そこで，濃淡調整や画像の回転等の画




 画像の回転，拡大縮小，切り抜き像処理を行った後，発表に使う画像は，どの程度の画素数で表示すれば良いかについて説明します．

発表に用いる組織写真は画像の回転，拡大縮小，切り抜き

重要な指標として解像度という言葉があります．この解像といった画像処理を行うことにより，着目してほしい組織構度を理解しておくと最適な画像サイズ(容量)で発表用の画像

造を見やすくできます．これらの画像処理は様々なソフトウを準備することができます．デジタル画像の解像度は 1 イ

ェアで感覚的に行うことができます．また，これらの画像処

ンチ( 25.4 mm )あたりの画素数で定義され， dpi ( dots per

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

4 3 のスライドサイズの場合，横 254 mm ×縦 190.5 mm となります．最近はディスプレイに合わせたスライドサイズ
169 があり，その場合，横338.7 mm×縦190.5 mm となります．どちらのスライドサイズの場合でも，概ね似たような写真の大きさを考えれば良いと言えます．つまり発表形式に合わせて適切な縦横の大きさで準備し，画像を解像度 300
dpi に変換した図面を用いれば良いということになります．

 おわりに組織写真を発表に使うための初歩的なデジタル画像処理に関して説明してきました．最近では画像処理が簡単に行える
便利なソフトウェアが数多くあります．フリーソフトウェア
であれば ImageJ などを使えば研究に必要な画像処理から画像解析まで一通り行うことができます．デジタル画像処理に関して深く学んでいきたいという方は入門書から専門的な書籍まで数多く出版されています(1)(2)(7)．今回の説明でさらに知りたいことがあれば積極的に調べてみることをお勧めします．また，組織写真の画像処理に関しては各研究分野で様々な考え方があります．観察装置によっては出力画像が既に何
図9

縦35 mm×横35 mm 画像の解像度( dpi)依存性．

かしらの画像処理がされている場合もあります．そのため，最終的には各観察手法で取得した組織写真に対して最適な画像処理方法や手順を構築していく必要があります．その際にinch)という単位が使われます．ここで，画像データを出力

今回の説明してきた内容が少しでもお役に立てれば幸いです．

するディスプレイ，プロジェクターや印刷するプリンターの文

出力解像度を理解するとより適切な解像度を選択できるよう献になります．興味がある方は是非調べてみてください．結論だけ示すと 300 dpi と設定すれば，学会発表や印刷物，さらには，学術論文用の図面など研究で必要となる画像の解像度をカーバーすることができます．ここでは，縦 35 mm ×横35 mm の画 像 の dpi 依存 性 を図  に 示し ま す． 600 dpi と300 dpi ではほとんど差が見られず，100 dpi 以下では画質が悪くなっていることが分かります．デジタル画像では，300
dpi の解像度にしておくことで，綺麗な画像表示や印刷ができることが多く，それ以上の解像度は特殊な用途以外，必要ないことが分かります．
次に，発表に用いる画像の縦横の実際の長さを考えていき( 1 ) R. C. Gonzalez and R. E. Woods: Digital Image Processing, 4th
Edition, Pearson, (2019).
( 2 ) ディジタル画像処理編集委員会ディジタル画像処理，画像
情報教育振興協会，(2020).
( 3 ) S. Kobayashi, Y. Ikuhara and T. Yamamoto: Appl. Phys. Lett.,
102(2013), 231911.
( 4 ) R. Kilaas: J. Microscopy, 190(1998), 4551.
( 5 ) K. Ishizuka, P. H. C. Eilers and T. Kogure: Microscopy Today,
15(2007), 1621.
( 6 ) 野村優貴，穴田智史，山本和生，平山 司，齋藤 晃顕微鏡，56(2021), 116123.
( 7 ) 山田宏尚図解でわかるはじめてのデジタル画像処理，技術
評論社，(2018).

ます．組織写真の中にスケールや結晶方位などの文字を挿入★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
2014年 3 月する場合があります．この際も，図面の大きさを予め決めておくことで，図面を貼り付けた先で拡大縮小をする必要がな
く，フォントサイズを統一でき，図面を並べた時の見栄えが良くなります．A4 用紙のサイズは横210 mm×縦297 mm の大きさとなります．余白を考慮すると，横 150 ～ 170 mm ×
縦方向は任意，2 段組みの場合は横70～80 mm×縦方向は任意の組織写真を示すことができます．学会発表で使われる



小林俊介

東京大学大学院 新領域創成科学研究科
物質系専攻 博士課程修了
2014年 4 月 財団法人 ファインセラミックスセンタ
ー ナノ構造研究所 入所
2019年 7 月より現職
専門分野透過電子顕微鏡，電子エネルギー損失分光法◎蓄電池材料などエネルギー関連材料の電子顕微鏡を用いた構造評価に従事．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

実 学 講 座

鉄の歴史館(岩手県釜石市)
文責東北大学

竹田修(2021年12月訪問)
図1

鉄の歴史館の外観．

今回は，岩手県釜石市にある釜石市立 鉄の歴史館を紹介
おおしまたかとうする．当館は，大島高任の偉業と釜石の製鉄業に携わった先達の偉業を伝えることを目的に1985(昭和60)年に開業した．
1994(平成 6)年に鉄の総合的な資料館として再構築され，今に至っている．
鉄について深く知ることのできる博物館としては，本コー
ナーにおいて盛田によって紹介された千葉県市川市の現代産業科学館(1)や東京都千代田区の科学技術館(2)，小村によって紹介された島根県安来市の和鋼博物館(3)，兵庫県神戸市の灘浜サイエンススクエアなどがある．その広がりは全国各地に渡り，現代社会における鉄の普遍性を窺わせる．鉄をテーマとして各地の博物館を巡るのもよいだろうし，お近くの博物館で鉄に関する展示を発見するのも楽しいだろう．それらの博物館の中で，当館は，日本の近代製鉄発祥の地に建つという意味で特別な価値を持つ．
鉄 の 歴 史 館 は ， 2015 年 に 国 際 連 合 教 育 科 学 文 化 機 関( UNESCO )の世界遺産として登録された「明治日本の産業革命遺産 製鉄・製鋼，造船，石炭産業( Sites

ofJapan's

Meiji Industrial Revolution: Iron and Steel, Shipbuilding and
Coal

図2

橋野三番高炉原寸大模型(展示室 1 階

総合演出シアター内)．

Mining ) ｣(4) を 構 成 す る 資 産 の 一 つ 「 橋 野 鉄 鉱 山(Hashino Iron Mining and Smelting Site)」のガイダンス施設としての役割も担っている．当該遺産は， 8 地域(萩，鹿初期の高炉である(6)．この模型が格納されている展示室は総児島，韮山，釜石，佐賀，長崎，三池，八幡)，23資産によ合演出シアターと呼ばれており，模型への投影とスクリーンって構成されている．資産の一つ，三池の石炭産業遺構群に

映像によって高炉操業の様子が表現・解説される．炉の上部ついては本コーナーにおいて寺西が紹介しており(5)，記事をから鉄鉱石と木炭が交互に入れられ，下部から溶融した銑鉄参照されたい．日本各地に分散する当該遺産を巡る旅としてが出てくる様子は実にリアルである．動力用水車や角鞴も作当館を訪れるのも有意義だろう．幕末から明治にかけて，日動し，細やかな演出が心憎い．日本の近代製鉄の勃興に火を本各地で勃興した重工業分野の発展のダイナミズムを感じら灯した高炉であると言える．

ふいご

れるに違いない．

ここで，大島高任について簡単に触れる．大島は，文政 9

さて，前置きが長くなったが，鉄の歴史館の外観を図に( 1826 )年，盛岡藩(南部藩)の医師のもとに長男として生まえ ん じ

示す．建物の上に突き出た円筒部の外壁に，臙脂色の「鉄のれた．江戸や長崎で蘭学(医学)をはじめ，西洋の兵法，砲歴史館」の銘が威風堂々と掲げられている．取材したのは冬術，採鉱，冶金を習得したが，長崎でオランダ人の Ulrichの寒い日であったが，青い空とのコントラストが美しかっ

Huguenin が書いた技術書「ロイク王立製鉄大砲鋳造所におた．円筒部には，後述する高炉模型が格納されている．

ける鋳造法」に出会い，翻訳したことが彼の人生を決めたと

歴史館の中に入り，一番初めに出迎えてくれるのが，橋野
れ ん が言われている．大島は，安政元( 1854 )年，水戸藩に招かれ
な

か みなと

三番高炉の原寸大模型である(図)．煉瓦部分だけで約 7 mて那 珂 湊 に反射炉を建設し，その操業を成功させた．そのの高さがあり，暗闇の中にそびえ立つ威容に度肝を抜かれ後，盛岡藩に帰り，安政 4(1857)年に釜石の大橋地区に高炉る．橋野三番高炉は，安政 5(1858)年，盛岡藩出身の大島高を建設した．同年 12 月 1 日，大橋高炉において，鉄鉱石を任によって釜石市の山あい(橋野地区)に築造された日本で最原料とした鉄の連続生産に日本で初めて成功した．日本の近ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan代製鉄の幕開けである．大島は，その後も，前述の橋野に高プリカが展示されている(図)．幅 16 m，高さ 12 m もの大炉を建設するなど，日本の製鉄業の発展に大きな貢献をし露頭を再現したもので，アンモナイト化石が壁面にびっしりた．さらに彼は，鉄だけでなく，金，銀，銅などの非鉄金属と埋まっており，壮観である．この標本は， 1992 (平成 4 )鉱業の近代化にも尽力した．彼は，秋田の小坂鉱山(当時は年，釜石市を主会場として開催された「三陸・海の博覧会」

銀山)を新たに開発し，鉱石産出が衰退した新潟の佐渡金山で公開され，それを記念して釜石市で保存することになったにドイツの新技術を導入して新しい鉱区を開発するなど，多そうである．この化石が形成されたのは，中生代のジュラ紀

くの鉱山の発展に寄与した．日本における近代製鉄の父であ(1 億9500万年前)と考えられている．全くの偶然だが，釜石り，近代鉱業の父でもある．日本の金属生産史における巨人

鉱山の鉄鉱床が形成されたのが同じ中生代(といっても 5 千と言える．

万年も離れているが)であり，奇縁を感じる．

さて，館内は，順路に沿って，世界における鉄の伝播を解

建物の海側からは，釜石大観音(高さ 48.5 m の魚藍観音

説する「鉄文化の黎明」，日本における製鉄業の勃興を解説する「近代製鉄の発進」，釜石における製鉄業の発展を解説する「製鉄産業と釜石」といったテーマで展示がされている．
貴重な試料・資料が多く紹介しきれないが，印象的な展示として釜石鉱山で採掘された磁鉄鉱(Fe3O4)を図に示す．高さ 75 cm，横 85 cm，奥行 40 cm の黒々とした巨塊であり，その大きさに圧倒される．釜石鉱山の鉄鉱床は，中生代の白亜紀初期(約 1 億 4000 万年前)に形成されたと考えられている(7) ．人間の歴史に登場するのは，享保 12 ( 1727 )年，幕府の本草家，阿部友之進(盛岡藩出身)によって発見されてからである．本格的に利用されるようになったのは，大島が大橋に高炉を築造してからであるから，それほど前の話ではな
く，意外に思える．
このコーナーでは，毎回，「 g 科学館で見つけた金属材
料」を紹介している．鉄の歴史館に展示されているもの

図4

橋野高炉の溶銑で造ったと伝えられる鉄瓶．

は，いずれも鉄に関わるものなので選ぶのに難儀するが，橋野高炉の溶銑で造ったと伝えられる鉄瓶(図)を紹介した
い．精巧で，質実剛健な造りである．釜石地域の高炉建設には南部鉄器の鋳物師として名高い七代目 鈴木忠兵衛(鈴木忠七)が従事しており，忠兵衛に関わるものかもしれない．
歴史館の 3 階には，鉄と直接の関係はないが，フランスのディーニュ・レ・バン市にあるアンモナイトの大露頭†レ

図5

図3

アンモナイトの大露頭レプリカ(フランスュ・レ・バン市在)．

ディーニ

磁鉄鉱の巨塊(釜石鉱山産)．

† 露頭とは，海岸の崖，河床などにおいて地層，岩石が露出している場所．鉱山において鉱物が露出している場所を指すこともある．地層の上下関係，化石や鉱物の産状など，地質の情報を得ることができる．



図6

館内から望む釜石大観音と釜石湾．

科学館めぐり像)と釜石湾を望むことができる(図)．青い海と空のはざ

釜石市立 鉄の歴史館へのアクセス

まに立つ白亜の像，そのコントラストが美しい．鉄の歴史を

JR 釜石線(最寄りの新幹線の駅は新花巻駅)の電車を利用し学びに，日本の近代製鉄発祥の地に足を運んでいただければて，釜石駅下車．釜石駅からタクシーで約 10 分．バスの場

幸いである．

合，釜石駅から上平田方面行きに乗り，最寄のバス停「観音入口」で降り，徒歩約 5 分．自動車の場合，三陸道の釜石

文献

中央 IC を降りて 15 分，あるいは唐丹 IC を降りて 10 分．駐車場あり(大型バス 5 台分，普通車50台分)．

( 1 ) 盛田元彰まてりあ，59(2020), 326327.
( 2 ) 盛田元彰まてりあ，61(2022), 112114.
( 3 ) 小村滴水まてりあ，59(2020), 542543.
( 4 ) UNESCO HP, Sites of Japan's Meiji Industrial Revolution:
Iron and Steel, Shipbuilding and Coal Mining〈https://whc.unesco.org/en/list/1484/〉
2022年 1 月 9 日閲覧．
( 5 ) 寺西 亮まてりあ，60(2021), 800801.
( 6 ) 釜石市 産業振興部世界遺産課釜石市立 鉄の歴史館 Guide
book (2019).
( 7 ) 浜辺修二，野納敏展鉱山地質，26(1976), 93104.

◇

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan(2022年 2 月 4 日受理)[doi:10.2320/materia.61.225](〒026
0002 岩手県釜石市大平町 3127)https://www.city.kamaishi.iwate.jp/docs/2016101700037/

◇

◇




図1

私は横浜国立大学の博士課程後期 1 年の学生として，梅澤修先生(同大学教授)の下で鉄鋼材料の変形破壊と組織の関係について研究しています．大学院入学前は高等専門学校(高専)に在学していました．また，博士課程前期 2 年生の間の半年は日本原子力研究開発機構(JAEA)の特別研究生として J PARC センターに滞在しました．このたび「はばたく」に寄稿する機会をいただきましたので，本稿の執筆を，
3 箇所の研究室で私が学んだことを振り返り今後の抱負を見つめ直す機会といたしました．
高専で所属していた研究室では，丸岡邦明先生(木更津高専教授， 2019 年に退職)と小川登志男先生(現名古屋大学
講師)の 2 人の先生の教えを受けました．私の高専への在学
期間は高校＋大学の在学期間に相当する本科 5 年＋専攻科 2
年の計 7 年であり，後半 3 年半の間に研究室に通いました．そこで小川先生のご指導の下，高強度鋼板のミクロ組織制御に関する研究を行いました．小川先生は，高専 4 年次のとても未熟な私に対して，研究の進め方や発表の仕方，機器の使い方一つまで，細部にわたってご指導くださいました．光学顕微鏡にとにかく向き合ってミクロ組織の持つ情報をいかに引き出すか，いつもこの点について議論してくださいました．丸岡先生は「正確に，論理的に，そして美しく」を合言葉に，話し方や文書の作り方，発表資料の見せ方などの能力を伸ばすきっかけをくださいました．
私が中学生の頃に東日本大震災があり，それを機に人命を守るレスキューロボットなどの機械製品に関心を持ち，専門的な教育を求めて高専の機械工学科に入学しました．しかし，私が惹かれて選択した研究室の先生の専門は機械を支える材料でした．今思うことは，この選択は私の経験上で最良の選択の一つでした．機械工学科に両先生がおられたおかげで，今私は楽しく材料の研究に携っています．そして，中学生の頃の私の関心を忘れずに，人命を守ることに貢献する研究にもいつか携わりたいです．
大学院では，横浜国立大学の梅澤修先生のご指導の下，鉄鋼材料の疲労変形と組織の関係について研究しています(図)．このテーマ選定は，それまで高専で得た知識を活かしつ
つ私の視野をより拡げることができるものでした．大学院に入学したときから，私は博士課程後期に進学することを決めていたわけではありませんでした．進学への不安は確かにあり，何度か梅澤先生に相談した中で「山は登ってみないとその上の景色はわからない」という助言をいただいたことは印象深く残っています．梅澤先生は，普段から私たちの発想に

強度試験を行うときの様子．

対してよく議論してくださり，私たち学生の挑戦を快諾し応援してくださいます．挑戦には失敗が付き物でなかなか落ち込むことが多いですが，得られた失敗から学ぶことの価値を教わることが多いです．私にとっては透過電子顕微鏡の操作やジグ設計での失敗などが一例です．また，研究での議論においては，特に破面や疲労き裂を見るときは学ぶことが多いです．あらゆる場面で，ときには文字通り「多角的な」物事の見方を学んでおります．梅澤先生の下で，多くの経験や挑戦をさせてもらえている中でも，私にとって特に印象深い挑戦は，JAEA の特別研究生制度への応募でした．採用いただき，修士 2 年生の最後の半年間は茨城県東海村の J PARC
センターに滞在いたしました．
JAEA 特別研究生として，ハルヨ ステファヌス博士と川o拓郎博士の下，JPARC センター BL19の工学材料回折装置「匠」を使った鉄鋼材料の研究に携わりました．特別研究生の期間が始まってからも私は結晶回折学に関して理解していないことが多く，ハルヨ博士と川崎博士は私に非常に多くの時間をかけてくださいました．中でも，回折ピーク形状に着目する研究を行いましたが，私にとって全く新しい着眼点で多くの議論をしてくださり，私はあの場で回折プロファイ
ルの見方を初めて学びました．さらに，中性子回折に関連する学問的知識だけでなく，引張試験の留意事項や解析ソフトの使い方など，私にとってプラスになることはどんなに基礎的なことでもご教示くださいました．また，居室には他のビームラインの研究者の方もおり，普段の会話から研究に関する議論まで，どんな話の時間も私は好きでした．一方，あれだけ巨大でありながらも精緻な設計がなされた「匠」に感動ばかりしていましたが，いざ自分の実験に利用できるという時に，匠を使用する機会の価値はよく理解していなかった気がします．アウトプットよりもインプットに必死で，受け身の姿勢でいる時間がまだまだ多かったです．今の私が想像するだけでも匠の魅力と可能性はまだまだ膨大で，いずれ私が新しい研究課題を能動的に提案できるようになりたいです．
私は，上述の先生方以外にも多くの方からご指南をいただ
きながら，研究に勤しんでおります．私が多くのことに挑戦する過程で，各様な経験をお持ちの先生方の金属材料に対する多彩な「見方」をできるだけ盗み，それらを織り成して新たな道を拓く必要性を感じています．今は，博士号の取得が直近の目標ですが，その後を考える頃でもあります．私も先生方のように学問研究の発展に寄与しながらも次代の方に指南を与えられる存在になれるよう，日々挑戦し続ける所存です．末筆ながら，この度は寄稿の機会をくださったこと，関係者各位に心より御礼申し上げます．
(2022年 1 月 6 日受理)[doi:10.2320/materia.61.228](連絡先〒2408501 横浜市保土ケ谷区常盤台79
5)は ば た く 加熱時間が与える影響，◯
 与えたが与える影響(その 2)，◯

火力と加熱時間の関係，の計 5 つの実験を行いました．

～第 6 回「高校生・高専学生ポスター発表」優秀賞～

パイプを炙った結果，音が出ました～熱音響機関を身近に～千葉市立千葉高等学校

理数科 3 年(2022年 3 月卒業)

森本紗羽

 では，パイプの長さをそれぞれ300 mm，600 mm，900◯

mm に変えて対照実験を行い，網の位置は管における相対的な値を揃えるために，それぞれの1/4に固定しました．結果
は，300 mm では音が鳴らず共鳴が起こりませんでした．また，最も高いエネルギーが得られたのは600 mm のパイプで，900 mm のパイプの約 2 倍のエネルギーが得られました．
300 mm で音が鳴らなかったのは，音が出る理由と言われている「温度勾配」(3)がうまく作られなかったからだと考察しました．その原因は，パイプ内すべての空気が温まってしま
私は，新しいエネルギー変換の方法である熱音響機関の基

うほど，パイプの長さが短かったことだと考えました．

礎研究をしています．熱音響機関とは，低温( 150 °C 程度と では，600 mm パイプを用いて，網の位置をパイプの端◯言われています)の熱からエネルギーを取り出すというもの

から 1 / 4 ， 1/ 8の場所に変えてそれぞれ対照実験を行いましです(1)．現在の火力発電では，多くの低温の廃熱を発生させた．結果は，網の位置が 1/ 8のときよりも 1 / 4 のときの方がています．この捨てられている熱からエネルギーを効率よエネルギーが大きくなりました．これは，ガスバーナーの炎

く，音として取り出すことを目標に研究を進めています．

の先端がちょうど網の位置に来るからだと考えました．炎は研究では，パイプ(ステンレス鋼製，外径38 mm，内径36

先端の方が中心よりも温度が高いため，炎の先端がちょうどmm ，長さ 300,600,900 mm の 3 種類)と金網(ステンレス鋼網の位置にあたる1/4のときの方が，効率よくエネルギーを製，線径 1.00 mm × 10メッシュ)で作ったレイケ管をガスバ吸収出来るのではないかと考察しました．

ーナーで炙るという実験を行っています．具体的な実験方法
は以下の通りです．

 の結果から，◯
 の実験で600 mm のパイプが最もエネル◯ギーが得られた理由は炎の先端がちょうど網の位置に来るか

図のようにして鳴らした音をイージーセンスの音センサ

 では網のらではないかという仮説を立てました．そこで，◯ー(音の振幅の時間変化を測定・記録できる装置)で測定し，位置を炎の先端が当たる端から 15 mm の場所に揃えて実験エクセルで値を 2 乗・積分することで，得られた面積部分を行いました．しかし，結果は600 mm の方が大きかったたを結果としました．積分範囲は開始点(イージーセンスからめ，エネルギーが大きい理由は網の位置よりもパイプの長さ

Excel に出力した値が±10以上であり，その値が 3 つ連続しに依存していると考察しました．

たときの 1 つ目の値の秒数)から，終了点(記録終了から見 では，パイプの加熱時間を 5 秒と 10 秒にして対照実験◯て，出力した値が±10以上が出た値の秒数)と定めました．

を行った結果，僅差で 10 秒加熱したときの方が得られるエ

高校物理の範囲で音のエネルギーは，E＝2pmf 2A2( f は振動

ネルギーが大きくなりました．しかし，2 倍の熱量を与えて数，A は振幅，m は音センサーに依存する定数)と表される

いるにも関わらず結果はあまり変わらないため，効率というので(2)，今回はこの面積を熱から音に変換されたエネルギー観点から，加熱時間は 5 秒で十分であると判断しました．

の大きさを示すと仮定して実験を評価します．

結果があまり変わらない理由としては，長時間加熱すること

実験では，パイプの長さ，加熱時間，網の位置，網の枚数
火力の強さなどの条件を変えて対照実験を行うことで，1 番で全体的に空気が温まってしまい，温度勾配がうまく作られなかったからだと考察しました．

効率よくエネルギーが得られる組み合わせを模索しました．

 では，次の 3 つの条件でそれぞれ実験を行いました．
◯

予備実験より，重ねる網の枚数を 3 枚にすることで安定

条件 1高火力(3/4火力)×短時間加熱(3 秒)，条件 2低火

して音がなることがわかったため，本実験で使う網の重ねる力( 1 / 4 火力)×長時間加熱( 7 秒)，条件 3 その中間の火力

枚数は 3 枚に固定しました．

(1/2火力)×その中間の加熱時間( 5 秒)．結果は，条件 3 で パイプの長さが本実験では，ステンレスパイプを用いて◯1 番大きいエネルギーが得られ，僅差で条件 1，大差をつけ

 網の位置が与える影響(その 1)，◯
 網の位置
与える影響，◯て条件 2 が続きました(表)．このことから，長く弱い火力で加熱するより，短く強い火力で加熱する方がより多くのエネルギーが得られるということがわかりました．
これまでに分かった事をまとめます．まず，実験方法を明確にすることができました．内容としては実験装置の作製，実験条件の決定，解析方法の決定です．実験条件の決定では，予備実験より網の枚数 3 枚．本実験より網の位置1/4，

図1

実験方法．(オンラインカラー)

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

パイプの長さ 600 mm ，加熱時間 5 秒，火力の強さ 1 / 2 火力




表1

 の条件および結果．
実験◯することで，より説得力のある研究をしたいと考えています．

試行名称

火力指標(―)

加熱時間(s)

積分面積(―)

低火力

1/ 4

7

757545

中火力

2/ 4

5

1351069

高火力

3/ 4

3

1263183

この研究を行うにあたって，東京農工大学の上田祐樹教授のご助力を頂きました．この場を借りて深く御礼申し上げます．ありがとうございました．
昨年度に引き続き今年度も，オンライン発表会の多い年となりました．私は，今回が初めてのポスターセッションで，

表2

パワーポイントでの発表をポスター仕様に変更することに苦

現時点で最も効率の良い条件．

網の枚数
(枚)

加熱時間
( s)

網の
相対位置

パイプの
長さ
(mm)

3

5

1/4

600

労しました．発表後には多くの先生方に感想と助言を頂き，
火力指標

1/ 2

自分には持ち合わせていなかった視点の提案から新たな気づきを得ることができたので，参加してよかったと強く思いました．今回いただいた助言を今後の研究に生かしていきたいと考えています．

文がそれぞれの条件に焦点を当てた際，最もよい結果が出るも献のだと分かりました．
これらのことを踏まえて，この項目を組み合わせたものが( 1 ) 坂本眞一，渡辺好章日本機械学会誌，111(2008), 428431.
( 2 ) 國友正和他改訂版 総合物理 1 力と運動・熱，数研出版(2020), 159.
( 3 ) 富永 昭日本物理学会誌，55(2000), 326
331.

現時点で最も効率のよい条件であるということもわかりました(表)．

(2021年12月 3 日受理)[doi:10.2320/materia.61.229](連絡先〒2610026 千葉市美浜区幕張西 63
13)

今後の展望としては，実験で得られた仮説・考察の検証を

◇



◇

◇

スポットライト加熱するという限定的な条件しか把握していませんでした．
なお，ジエチルエーテル溶液を用いるのは銅表面への金の析出量を制御するためであり，高濃度の 0.05 mol ･ L－1 金溶液～第 6 回「高校生・高専学生ポスター発表」優秀賞～

亜酸化銅被膜と金メッキによる銅の青色着色の研究
宮城県仙台第三高等学校

自然科学部化学班 2 年

遠藤隼介 菅原冬羽雅伏見慶太 渡邊 歩.


を用いると銅表面の一面に金めっきされてしまい，加熱しても金色のままで，青色には発色しません．
我々は，ジエチルエーテル以外の溶媒，例えば水を用いた
場合でも銅は青色に発色するか，また300°
C，10 min 以外の保持温度と保持時間でも銅は青色に発色するのか実験で検証することとしました．

山木大河
池田 禮

研究内容

図2

(a )銅箔，(b)金めっきした銅箔，( c)金めっき・加熱を行い青色発色した銅箔(三高ブルー)の写真．




実験 1

背景

銅箔は，400°
C以下で加熱すると酸化銅()の酸化被膜が形成され，その厚みに応じて様々な色に変化します．先行研

市 販(6) の 銅 箔 (厚 さ 500 nm ) を 20 mm 四 方 に 切 り ， 0.01

究(1)では各保持温度と保持時間における銅箔の色調変化を報

mol ･ L－1 テトラクロロ金()酸水溶液に 10 s 浸し，電気炉

告しています(図)．また，このときの酸化被膜の厚さは先で 250 °
C ， 260 °C ， 270°
C ， 280°
C の各温度で 10 min 保持しま行研究(2)より，例えば保持温度210°
C，保持時間10 min の赤した．

褐色では 25 nm，保持温度 250°
C ，保持時間 30 min の緑色で結果と考察

は 66 nm と測定されました．この結果は，参考文献(3)に記図のようにどの銅箔も青色に発色し，水溶液を用いても載されている酸化銅()の酸化被膜の厚さのスケールとおお三高ブルーの発現が確認されました．

よそ一致しています．アルミニウムの色調変化は，表面に形成された数十 nm の酸化被膜におけるプラズモン共鳴によって生ずることが報告(4)されており，我々は銅の色調変化もプ
ラズモン共鳴によって起こっていると類推しています．

図3( a ) 250 °C ，( b ) 260 °C ，( c ) 270 °C ，( d ) 280 °C で保持した
後の金めっき銅箔の写真．

この結果より，銅表面に金めっきを施すことができればジエチルエーテル以外でも銅を青色に発色させることができる
図1

銅箔の保持温度と保持時間に対する色調変化(1)．

本校の先輩方の先行研究(5) では，銅箔を 0.01 mol ･ L－1 テと判明しました．


実験 2

トラクロロ金()酸のジエチルエーテル溶液に浸し，表面に銅が青色に発色するのは300°
Cで，10 min 保持した際に銅金の無電解置換めっきを行ったのち，電気炉を用いて保持温表面に生じる酸化銅()被膜の中に金粒子が散在するためで度を300°
C，保持時間10 min で加熱すると光沢を持つ青色にした(4)．保持温度と保持時間の組み合わせによって生じる酸

発色することを発見し，この青色の銅を「三高ブルー」と名化 銅 (  ) の 膜 厚 も 変 わ り ま す ． そ こ で 保 持 温 度 を 200 ～付けました(図)．この青色は，図 1 の銅のみを加熱した際300°
C ( 10 °C 間隔)，保持時間を 10～ 30 min ( 5 min 間隔)で加には見られない色でした．そこで先行研究では，銅が青色に熱を行い，どの程度の酸化銅()の膜厚で銅が青色に発色す

発色する原因は，酸化銅()被膜におけるプラズモン共鳴

るのか実験を行いました．なお，銅に金めっきをする際に，と，その膜内に散在する金粒子が光を吸収する 2 つの条件

溶媒は水とジエチルエーテルの 2 種類を用いました．

によって起こると推察しました．
三高ブルーは，先輩方が引退間際に偶然見つけた色であり，その条件は， 0.01 mol ･ L－1 テトラクロロ金()酸のジエチルエーテル溶液，保持温度を300°
C，保持時間10 min で

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan応するテトラクロロ金()酸水溶液を用いてめっきを施し加熱した銅箔の写真を図 4 に示します．
表1

図4

テトラクロロ金()酸水溶液で金めっきした後に加熱処理した銅箔の写真．

銅中の酸素原子の拡散距離(×10－5 m)の計算値．

表 1 を図に照らし合わせると，青色ではない箇所もあり
ますが，おおよそ拡散距離が 3.6 × 10－5 ～ 9.0 × 10－5 m の範囲において青色の発色が見られます．酸化銅()の膜厚が薄すぎたり，厚すぎたりしても青色にならないことを示していると考えられます．言い換えると，酸化被膜の厚みを適切に制御することで青色発色が実現できると考えられます．

.

感

想

我々は，三高ブルーの青色の美しさに我々は魅了され，研究を始めました．しかしめっきがうまくいかない，加熱しても青色が出ない，青色が出ても発色が悪いなどうまくいかな
いことばかりでした．むしろうまくいった日がなかったほど
図5

テトラクロロ金()酸ジエチルエーテル溶液で金めっきした後に加熱処理した銅箔の写真．

です．しかし，実際に美しい青色を自分たちの手で出せたこと，金属学会で発表できたこと，審査員からの助言，激励などで我々は徐々に研究を進展させることができ，このような結果と考察成果を得るに至りました．

結果を図，に示します．水を溶媒に用いたときのほうが，青色に発色しやすいことが判明しました．
銅の酸化は，銅表面に酸素分子が到達して表面から銅内部に酸素原子が固溶し，拡散することによって起こります．銅

研究について多くのお手伝いをいただいた顧問の先生方，様々な助言をくださった大学の先生方，そして実際に研究を聞いていただいた皆様にこの場を借りて厚く御礼申し上げます．

表面からどれぐらいの距離酸素原子が拡散しているのか示す
拡散距離，L(t)は，Einstein の式(式( 2 ))で評価することが文献できます．この酸素原子の拡散距離を用いて酸化銅()の膜厚の指標として用いることとしました．
D : 拡散係数［m2･s－1］

拡散係数D0 : 拡散定数［m2･s－1］(

D＝D0 exp －

Q
RT

)

(1)

Q : 活性化エネルギー［kJ･mol－1］
R : 気体定数＝8.31［J･(mol･K)－1]
T : 絶対温度［K］
L : 拡散距離［m］

拡散距離L(t)＝2 Dt(2)

D : 拡散係数［m2･s－1］
t : 加熱時間［s］

独立行政法人 物質・材料研究機構のデータベース(7)に収蔵されている銅中の酸素原子の拡散係数のデータ拡散定数，
D0＝5.80×10－7 m2･s－1(873～1273 K)，活性化エネルギー，( 1 ) 門口尚広第 58回日本学生科学賞作品集( 2014 年)「銅箔の色調変化の研究」宮城県仙台第三高等学校( 2 ) 相原 竜第 7 回東京理科大学坊ちゃん科学賞研究論文コンテスト 作品集(2015年)「クプロイン法を用いた銅箔の酸化皮膜の測定」宮城県仙台第三高等学校( 3 ) エムアイティー株式会社
http://www.mogami.com/notes/copper-discolor.html( 4 ) R. Mudachathi and T. Tanaka: Sci. Rep., 7(2017), 1199.
( 5 ) 岩渕 陽，笠原康太郎，佐々木偲人，佐藤理来，平戸李奈
第62回日本学生科学賞作品集(2018年)「有機溶媒中での金属析出の研究～銅表面への鮮やかな青色着色「三高ブルー」の発見銅箔の色調変化の研究」宮城県仙台第三高等学校( 6 ) 絵の具屋三吉
https://www.sankichi.com/SHOP/2500012052007.html( 7 ) 拡散データベース
https://diffusion.nims.go.jp/(2021年12月13日受理)[doi:10.2320/materia.61.231](連絡先〒9830824 仙台市宮城野区鶴ケ谷 1
19)

Q ＝57.4 kJ･mol－1 を使って拡散距離 L(t)を計算しました．

銅中の酸素の拡散距離を表に示します．表 1 中の青色のセルは銅箔が青色に発色した部分を表しています．それに対

スポットライト

本
会

告

会

記

事
事務局 渉 外 ・ 国 際 関 係secgnl＠jim.or.jp
会員サービス全般account＠jim.or.jp
会費・各種支払member＠jim.or.jp
刊 行 物 申 込 みordering＠jim.or.jp
セミナーシンポジウム参加申込みmeeting＠jim.or.jp
講 演 大 会annualm＠jim.or.jp
総 務 ・ 各 種 賞gaffair＠jim.or.jp
学術情報サービス全般secgnl＠jim.or.jp
調 査 ・ 研 究stevent＠jim.or.jp
まてりあ・広告materia＠jim.or.jp
会 誌 ・ 欧 文 誌sadoku＠jim.or.jp

第86回定時社員総会開催案内 …………………………………233
第64回技術賞，第29回増本量賞，第62回谷川・ハリス賞，第81回功績賞，第54回研究技能功労賞受賞候補者推薦依頼…………………………………………………………………233
2022年秋期講演大会の外国人特別講演および招待講演募集…………………………………………………………………234
第17回 JIM/TMS Young Leader International ScholarAward 募集案内 …………………………………………………236
日本金属学会主催国際会議企画提案募集 ……………………237
第 3 回日本金属学会フロンティア研究助成募集 ……………238

掲示板 ……………………………239 行事カレンダー …………………244
会誌・欧文誌 4 号目次 …………242 新入会員 …………………………245
次号予告 …………………………243

会

告(ホームページもご参照下さい)

第回定時社員総会開催案内
第86回定時社員総会を下記の通り開催いたします．
社員総会の構成員は定款上の社員である「代議員」となります．
日時 年月日(金) ～
場所 エッサム神田ホール 1 号館(東京都千代田区内神田 3245)および web
報告事項
1. 2021年度事業報告及び事業報告の附属明細書の報告の件
協議事項
第 1 号議案
第 2 号議案
問合先

2021年度決算承認の件
会員に関する規程改訂の件(公社)日本金属学会

 0222233685

Email: secgnl＠jim.or.jp

第回技術賞，第回増本量賞，第回谷川・ハリス賞，第回功績賞，第回研究技能功労賞受賞候補者推薦依頼～Web フォームによる推薦です～
技術賞，増本量賞，谷川・ハリス賞，功績賞，研究技能功労賞の各受賞候補者の推薦をお願いいたします．本会では多数の優秀な候補者を表彰し奨学に資したいという考えから，広く一般会員からの推薦( 3 名連名の正員)を求めております(ただし，研究技能功労賞を除く)．下記要領により積極的にご推薦下さい．
＊候補者本人による推薦書の提出は認めておりません．
推薦を求める賞(2023年 3 月に受賞予定)
技術賞(第回)増 本 量 賞(第回)
谷川・ハリス賞(第回)
研究技能功労賞(第回)※今回から年齢要件の基準日が，4 月 1 日時点に変更となっております．
推薦締切
候 補 者
推薦方法
問 合 先

各賞共通 年月日(木)各賞共通 個人を対象とします．
Web フォームより推薦内容を入力下さい．
〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会 各種賞係

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan 0222233685

功

FAX 0222236312%績

賞(第回)Email: award＠jim.or.jp




■第
回技術賞
主

旨

る．

推薦要領

本会活動への貢献本会の委員会，シンポジウム企金属およびその関連材料に関する工業技術の進歩

画，セミナー企画，論文投稿等の活動実績を 300 字以発展に貢献した者に授賞するものです．受賞対象内で入力する．

者は所属および年齢に制限が設けられております．

.

業績の大要と推薦理由

が民間企業の研究者・技術者．
推薦資格

本会代議員 1 名または，正員 3 名による推薦

推薦方法

下記 URL の推薦フォームにより入力して下さい．

.

.

論文リスト

ページのヘッダに候補者名および勤務先名を明記し，特に主要な論文を「原著論文」「解説論文」「国際会議論文」に分別し，計20編以内を選び，推薦フォーム

論文題目，発表誌名，巻号頁，共著者を入力する．

推薦者資格を選択する．

審査基準

入力項目は，全て必須．



機能材料分野で卓越した新素材の発明・発見をしたか最終学歴卒業年次および学校名(学部名)を入力，ま

当該分野で学理または技術の進歩発展に貢献したかた，大学院修了者は修了年次と大学名も併せて入力す

当該分野で学術上の意味が大きい論文を発表したか

この賞の審査基準は，下記の通り

る．




当該分野で効果が大きい重要な発明をしたか本会活動への貢献本会の委員会，シンポジウム企

金属学会の活動に貢献しているか

画，セミナー企画，論文投稿等の活動実績を300字以

登録完了

内で入力する．
.
.

1,000 字以内にまとめ，入力する．

候補者の対象 年の月日時点で歳以上かつ勤務先推薦者のメールアドレス宛に登録完了通知を送信
します．

業績の大要と推薦理由

1,000 字以内にまとめ，入力

推薦締切 年月日(木)する．

推薦 URLhttps://masumoto.jim.or.jp/entry

論文リストおよび特許リスト
 論文リスト特に主要な論文を「原著論文」「解説論◯■第回谷川・ハリス賞

文」「国際会議論文」に分別し，論文題目，発表誌名，巻号頁，共著者を入力する．

主旨

次の各号に該当する優れた研究業績で構造材料分野または高温プロセスに関連する金属および関連

 特許リスト特に主要な取得済特許の番号，題目，発◯材料分野の学術または工業技術の発展に貢献する

明者，登録日を入力する．
審査基準

推薦要領

ことが大であると認められた者に授賞するものでこの賞の審査基準は，下記の通り



工業技術の改良進歩などに大きな業績を残したか

す．受賞対象者には年齢制限が設けられておりま

工業技術の改良進歩などに大きく貢献する特許を取得

す．

したか




鉄鋼，非鉄等金属の製錬・精錬



有用な技術を実用化したか

金属材料の熱処理に関連する研究

その技術の社会への影響度は大きいか

金属および非金属の耐熱材料に関する研究

その技術は社会に広まっているか

構造材料分野またはその他高温プロセスに




登録完了

推薦者のメールアドレス宛に登録完了通知を送信

おける金属学に関する工業的あるいは基礎

します．

的研究

推薦締切 年月日(木)候補者の対象 年の月日時点で歳以上の研究者．

推薦 URL

推薦資格

https://gijutsushou.jim.or.jp/entry

本会代議員 1 名または，正員 3 名による推薦

推薦方法

■第
回増本量賞
主

旨

推薦要領

.

推薦フォーム推薦者資格を選択する．

機能材料分野で卓越した新素材の創出または発見入力項目は，全て必須．

により貴重な研究業績を挙げて同分野の学理また最終学歴卒業年次および学校名(学部名)を入力，まは技術の進歩進展に貢献することが大であると認た，大学院修了者は修了年次と大学名も併せて入力すめられた者に授賞するものです．受賞対象者にはる．

年齢制限が設けられております．

本会活動への貢献本会の委員会，シンポジウム企

候補者の対象 年の月日時点で歳以上の研究者．

画，セミナー企画，論文投稿等の活動実績を300字以

推薦資格

内で入力する．

本会代議員 1 名または，正員 3 名による推薦

推薦方法
.

推薦者資格を選択する．
入力項目は，全て必須．



.

業績の大要と推薦理由

推薦フォーム1,000 字以内にまとめ，入力

する．
.

論文リスト

ページのヘッダに候補者名および勤務先名を明記し，特に主要な論文を「原著論文」「解説論最終学歴卒業年次および学校名(学部名)を入力，ま文」「国際会議論文」に分別し，計20編以内を選び，た，大学院修了者は修了年次と大学名も併せて入力す

論文題目，発表誌名，巻号頁，共著者を入力する．

本 会 記 事

審査基準

この賞の審査基準は，下記の通り

門は，論文リストおよび特許リスト計 15 編以内を入力す

構造材料分野で金属および関連材料の学術および工業



技術に関して格段の業績をあげたか



る．
審査基準

この賞の審査基準は，下記の通り

高温に関連する製錬・精錬，熱処理，耐熱材料，高温

学術部門

物性，高温における金属学等における金属および関連

創造性・独創性に富み，卓越した研究業績を上げて材料の学術および工業技術に関して格段の業績をあげ

いるか

たか

学術の進歩につながる学術上特に優れた成果(論文等)を上げたか

当該分野で学術または技術の進歩発展に貢献したか

当該分野で学術上の意義が大きい論文を発表したか


工業技術の発展につながる有益な発明をしたか

当該分野で効果が大きい重要な発明をしたか

将来更なる研究の発展が見込まれ，世界をリードす

金属学会の活動に貢献しているか

登録完了

る研究者に成長すると期待されるか
金属学会の活動に貢献しているか．



推薦者のメールアドレス宛に登録完了通知を送信
します．

技術部門

推薦締切 年月日(木)

新規性・進歩性の高い卓越した業績を上げているか

推薦 URL

工業技術の発展につながる特に優れた製品や製造方

https://tanikawa-harris.jim.or.jp/entry法等を開発したか

■第
回功績賞
主

旨

推薦要領




工業技術の発展につながる有益な発明をしたか

将来更なる発展が見込まれ，世界をリードする技術

金属およびその関連分野の学術または工業技術の者に成長すると期待されるか進歩発達に寄与する有益な論文を発表したものま

たは有益な特許を取得したもので，しかも将来を登録完了

金属学会の活動に貢献しているか．

約束されるような新進気鋭の研究者・技術者に授推薦者のメールアドレス宛に登録完了通知を送信
します．

賞するものです．「学術」部門の受賞対象者には推薦締切 年月日(木)年齢制限が，「技術」部門の受賞対象者には所属推薦 URLhttps://kouseki.jim.or.jp/entryの制限が設けられております．
候補者の対象■第回研究技能功労賞｢学術」部門受賞年度の年月日時点で歳以下
の研究者．

主

旨

｢技術」部門企業の研究者または技術者．

推薦要領

多年にわたり卓越した技術により金属の試験および研究上欠くべからざる装置の製作，試料調整，

対象部門

学術部門，技術部門の 2 部門

測定および分析などを通じて他の方々の研究成果

推薦資格

本会代議員 1 名または，正員 3 名による推薦に大いに貢献し，しかも研究論文などに協力者と推薦方法

して名前も出ないいわゆる「かげの功労者」に対.

して授賞するものです．受賞対象者には年齢制限

推薦フォーム推薦者資格を選択する．

が設けられております．

入力項目は，全て必須．

候補者の対象

応募部門2 部門から該当する部門を選択する．

※今回から年齢要件の基準日が，4 月 1 日時点に変更となっ最終学歴卒業年次および学校名(学部名)を入力，まております．

た，大学院修了者は修了年次と大学名も併せて入力す通算30年以上実務に従事した方．

る．

年の月日時点で歳以上の方．

本会活動への貢献本会の委員会，シンポジウム企

研究遂行上「かげの功労者」として多年にわたり功績著

画，セミナー企画，論文投稿等の活動実績を 300 字以

しい方．

内で入力する．

「かげの功労者」とは，金属の試験および研究上欠くべ

.

業績の大要と推薦理由

.

論文リストおよび特許リスト

1,000 字以内にまとめ，入力

からざる装置の製作，試料の調整，測定および分析などする．

を通じて研究者の研究成果に大いに貢献した方．
企業体において経営者およびそれに準じない人．

 論文リストページのヘッダに候補者名および勤務先◯

管理職(民間企業および行政職の公務員では「課長」以名を明記し，特に主要な論文を「原著論文」「解説論上)でない人が望ましいが，管理職の場合には事情説明文」「国際会議論文」に分別し，計 15編以内を選び，書を添付する．

論文題目，発表誌名，巻号頁，共著者を入力する．

推薦資格

 特許リストページのヘッダに候補者名および勤務先◯

推薦方法

名を明記し，特に主要な取得済特許の番号，題目，発.

明者，登録日を入力する．
※学術部門は，論文リスト計 15 編以内を入力する．技術部

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

本会代議員または支部長

推薦フォーム推薦者資格を選択する．
入力項目は，全て必須．




.

推薦理由ならびに実務における功労1,000 字以内にまとめ，入力する．
審査基準

この賞の審査基準は，下記の通り

1) 試験および実験装置等の制作，試料の調整，測定および分析などを通じて研究者の研究成果に貢献したか

採択件数3～4 件
滞在費補助10,000円×5 日(上限日数)
その他大会参加費免除，懇親会招待
招待講演
講演者有益な講演が期待される国内に滞在する外国人

2)

創意工夫がされているか

3)

業務に粘り強く取り組んできたか講演時間15分(討論 5 分)

4)

従事期間が長いか採択件数5 件程度

登録完了

推薦者のメールアドレス宛に登録完了通知を送信

滞在費補助なし

します．

その他大会参加費免除

推薦締切 年月日(木)推薦 URL

研究者とする．

https://data.jim.or.jp/jim/shou/k/sui/

推薦用紙
所定様式(ホームページからダウンロード下さい)により，下記メールアドレス宛に「外国人特別講演推薦」と明記しお送り下さい．送信後 2～3 日過ぎても受理メールの無い場合

年秋期講演大会外国人特別講演および招待講演募集

はお問合せ下さい．
推薦書提出期日 年月日(金)2022 年秋期講演大会の特別講演と招待講演を募集いたしますので，下記要領によりご推薦下さい．

照会・推薦書提出先〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会 国際学術交流委員会宛
 0222233685

特別講演

Email: stevent＠jim.or.jp講演者著名な外国人研究者とする．
講演時間30分(討論10分)

第17回 JIM/TMS Young Leader International Scholar Award 募集案内
本会では，若手研究者及び技術者の活動の活性化を図り，併せて TMS との国際交流を促進させることを目的に JIM/TMS
Young Leader International Scholar Program を設けており，TMS への派遣者を募集いたします．詳細は，まてりあ61巻 3 号
174頁をご覧下さい．

募集要領
応募資格

 日本金属学会の正会員で派遣時点に満35歳以下であり，本会の活動に熱意を持っている人．
◯
 日本金属学会の機関誌に論文が掲載されたか，または講演発表した経験があり，かつ英語で講演発表ができる人．
◯
 日本金属学会の若手世代の代表として，責任ある行動がとれる人．
◯

派遣人数

若干名(1～2 名)/1 回

応募手続

応募(推薦)申請書(所定の用紙)に記入の上，事務局まで Email アドレスに送信して下さい．

応募書類

応募(推薦)申請書
 候補者情報◯ 応募理由(400字程度)◯
 論文および講演発表のリスト5 編程度◯

国際会議等での口頭発表リスト5 編以内
 TMS Annual Meeting で発表予定の講演のタイトルとアブストラクト(英語で400word 程度)．
◯
 研究内容と研究者として今後の抱負(英語で400word 程度)．
◯
 TMS Annual Meeting への参加・発表で期待される成果(英語で300word 程度)．
◯
 米国の大学・研究所・企業などへの訪問計画と目的(先方との事前コンタクトは不要)．
◯

本会補助

派遣費用上限30万円．ただし，TMS への派遣に合わせて北米内の大学・研究機関・企業等を訪問する場合は上限
40万円．

応募締切日 年月日(金)提出先〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会「Young Leader」係 0222233685

Email: stevent＠jim.or.jp

本 会 記 事

日本金属学会主催国際会議企画提案募集

会議の Proceedings を刊行する場合は，多重投稿等ミ
スコンダクトが生じないよう対策をとること．実施する対策を事前に届け出て本会の承認を得ること．

本会が主催する国際会議の企画提案を募集します． 2024

.

会議の規模と区分

年度以降開催の国際会議が対象です．期日までにご提案下さ

JIM 国際シンポジウム(JIMIS)

150名未満いますようお願いいたします．



JIM 国際コンファレンス(JIMIC)

151名以上

提案締切日 年月日(火)

その他の国際会議(国際的要請や国際連携に基づいて

提案要項

下記事項を記載した提案書( A4 版，ホームペー
ジよりダウンロードして下さい)を，本会会長宛

主催する国際集会等)
.

開催頻度
必要に応じ随時開催する．

で申請して下さい．


会議の名称(和文名・英文名)




会期




開催地・会場予定選定したテーマを国際学術交流委員会に提案，同委員会で審

会議の目的・特徴

議，開催テーマ，会議の区分等を決定して，理事会に答申，



日本開催の経緯と意義

開催テーマ，会議の区分等が正式に決定する．




計画概要

.

.

テーマの選定方法
調査研究推進委員会で審議，優先順位をつけて選定する．

財源及び経費a.

協賛，後援団体b.

主要準備日程

 参加費
◯

c.

使用語

 国庫補助金◯d.

参加予定国(国名・国数) 地方公共団体補助金◯e.

参加予定者数(国内外) 民間財団補助金◯f.

著名な国内外参加予定者(氏名・所属・役職)

 本会国際会議開催準備資金および国際学術交流資金か◯g.

パラレルセッション数およびポスターセッションのらの補助金(上限350万円)
 他学協会補助金
◯

有無
h.

財源

 寄付金
◯

プロシーディングスの出版(出版元・予定頁数，製作部数・頒価・配布方法)




経費

予算(収入・支出明細)

会議に要する経費は慣例に従って下記の項目を計上する．



準備委員会委員(氏名・所属・役職)

 会議準備費◯提案(連絡)責任者(氏名・所属・役職・住所・電話・i.

 本会議費◯Email)

提案書送付先〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会 国際会議募集係

 編集費(論文校閲料，アルバイト料，その他)◯

Email: stevent＠jim.or.jp

 通信運搬費(プロシーディングス発送料，発送用資材等)◯


―公益社団法人日本金属学会主催国際会議開催の実施方針―

.

基本的要件



成果刊行費
 印刷製本費(プロシーディングス製作費)◯

.

日本での開催の要望が国内外にあり，かつ本会会員からも要望されていること．

予備費
会議のブロシーディングス出版

JIMIS，JIMIC についは，統一したスタイルにより，当該会議の予算により本会でプロシーディングスを作成すること

関係国内学脇会の後援を得られること．

を原則とする．



会議の構成，主要題目，発表予想件数，日程，使用

.




業務処理

語，参加予定者数，参加予定国，予算規模，会議の計

本会の「国際会議開催準備マニュアル」を参考にして当該画内容が本会が主催の会議としてふさわしいと認めら会議組織委員会(実行委員会)で処理する．本部事務局では組れること．

織委員会(実行委員会)の指示に従って業務の一部を処理する．

本会主催の会議としてふさわしい会議計画の内容とは.

原則として次のようなものをいう．

◯

会計処理
本会が主催する国際会議の会計処理は，本会からの補助金

会議の構成，主要題目，日程，使用語が適切であの有無にかかわらず，公益法人会計基準，本会定款・細則及る．

び会計処理規程並びに国際会議開催会計処理マニュアルに準
◯

参加国数及び国外参加者が 10 ケ国 50 名以上予定

拠して，適切な処理をすることを原則とする．

されている．

.


◯

参加予定国及び参加予定者は確実な根拠に基づい国際学術交流資金からの補助金
補助金は，原則として一事業につき上限を 350 万円とすて推定されている．

る．ただし，1 年間に複数の事業(国際会議)を行う場合は，

◯

予算規模及び内容は適切なものである．

一年あたり500万円を上限とする．

◯

当該分野における国内外の代表的学者の参加が予補助金の残余は会議終了後に全額を返却する．

定されている．

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

第回日本金属学会フロンティア研究助成募集
教育・研究機関での金属及びその関連材料分野の学術研究及び技術研究の発展や若手研究者の育成や奨励を主な目的として，金属及びその関連材料分野に関連する材料又はプロセスに関する研究に助成金を交付します．その助成の対象となる研究を募集いたしますので応募下さい．
募集期間年月日(火)～月日(金)まで
募集要項

語(専門語等で部分的に外国語を使用することは可)で作成

応募資格すること．申請書については，作成要領に明記されたペー

応募者(代表者)は， 2022 年 4 月 1 日時点で 45 歳以下の日

ジ数制限(概ね 4 ページ程度)を遵守すること．制限ペー

本の教育機関または公的研究機関に所属し，日本国内で研究に従事する者(学生・大学院生および企業との兼務者をジ数を超えた申請は受け付けません．
 提出方法除く)であること．ただし，共同研究者は国外でも可とす作成した研究助成金申請書を， E mail の添付ファイルでる．

提出して下さい．

応募は一人一件とします．同一研究室からの複数応募は可

なお，ファイルは MS Word 形式として下さい． FAX や能ですが，新規採択は 1 件とする．

紙での申請は受け付けません．

活動開始時には，非会員は会員になることが望ましい．

提出書類等は，採否にかかわらず返却しません．

過去に助成を受けた方も，研究期間が終了していれば応募【遵守事項】

可能．

研究助成金の交付を受ける際には，研究実施者(応募者及過去に採択されなかったテーマで再応募する場合は新たに申請書を提出する．
助成の対象となる研究

び共同研究者)は，次の事項を遵守下さい．
 助成研究は，あらかじめ本会に提出した助成研究実施計画◯に従って実施すること．

金属及びその関連材料分野に関連する材料又はプロセスに関する調査，試験，研究及び開発とする．

 助成研究の実施過程において助成研究実施計画を変更する◯必要が生じた場合(中止する場合を含む)は速やかに報告

研究期間助成研究の実施期間は，原則 2 年間とする．研し，重大な変更については本会と対応を協議すること．

究開始日が年度途中となる場合は，年度をまたいだ 2 年間とする．

 助成実施者が所属している組織から別の組織に異動する場◯

助成件数年間10件以下
助成金額1 件あたり，150万円以下

合は，本会と対応を協議すること．
 研究終了 6 ヶ月後までに，終了報告書( A4 様式 1 枚)及び◯助成金の使途

成果報告書を日本語(専門語等で部分的に外国語を使用す

研究等に直接必要な費用及び所属組織の必要最低限の間接ることは可)で作成し，原則として E mail 添付にて提出

経費に充当すること．研究者の人件費(臨時雇用の研究補すること．なお，成果報告書は“まてりあ”への成果報
告(2 頁)の投稿に代えるものとする．

助者等の費用を除く)には充当できないものとする．
助成金の交付方法および交付期間

 本会から求められた場合は，実施状況を報告すること．ま◯た本会が研究施設への訪問を希望した場合は，可能な範囲

研究助成金の交付方法は，原則として，助成実施者が所属で対応すること．

する組織に対する奨学寄付の形とする．共同研究者が別の組織に所属する場合は，複数の組織に交付することは可能 研究実施者又は研究実施者の所属する組織は，帳簿を備◯です．

え，助成研究に係わる経理を他の経理と明確に区別し，研究実施者は，速やかに助成金受領のために助成金交付の本会から照会があった場合はこれに応ずること．

手続き(奨学寄附受付窓口の連絡等)を行うこと．

 研究成果は研究開始時から研究完了後 1 年までの間に本◯会の講演大会における発表 2 件及び本会の欧文誌又は会

応募方法

誌に論文を投稿すること．

 提出書類所定様式の「研究助成金申請書」に必要事項を


記入し，提出する．

 研究成果を学会・学術論文誌・新聞等に発表する場合は，◯申請書の様式は，本会のホームページからダウ

事前に本会に連絡するとともに，本会から資金援助を受け

ンロードできます．

たことを明記すること．

必要事項応募者，研究題名，研究分担者(共同研究者が 実施計画に記載した研究を実施しなかった場合，提出期限◯ある場合)，予算(費目，金額)，研究目的(背後 1 年を経過しても研究成果報告書の提出がない場合又景，必要性，意義，価値，成果活用の見込み

は研究実施者が研究中止の申し出をした場合には，研究助等)，研究計画(実施計画，成果目標等)，報告

成金の全額又は残額を返還すること．

予定，該当する分科，研究業績，金属学会での活動実績等
 作成要領「研究助成金申請書」に記載された作成要領に従って日本

【留意事項】
.

機器・設備等の帰属
助成金により取得された機器・設備等は，原則として研究

本 会 記 事

実施者の所属する組織に帰属します．
.

助成研究の成果の帰属
助成研究の成果として得られた特許等の知的財産権は，原則として研究実施者に帰属します．
.

助成研究の成果の公表等
成果報告は，この法人の会報及びホームページ上で一般の閲覧に供します．
.

申請書記載情報の取り扱い
申請書に記載された研究情報については，審査・選考以外の目的には一切使用しません．

〈公募類記事〉
無料掲載募集人員，締切日，問合先のみ掲載．
有料掲載1/4頁(700～800文字)程度．
「まてりあ」とホームページに掲載15,000円＋税
ホームページのみ掲載
10,000円＋税〈その他の記事〉 原則として有料掲載．
原稿締切・掲載号毎月 1 日締切で翌月号 1 回掲載．
原稿提出先電子メール(受け取りメールの確認をして下さい)Email : materia＠jim.or.jp

また，個人情報については，本会外へは一切漏洩しません．
.

公

その他留意事項

 採否の事由は非公開とし，これに関する問い合わせにはお◯答えしません．
 研究助成金の申請後，何らかの理由により研究を実施でき◯ないことが判明した場合，速やかに本会に報告すること．

募◇国立研究開発法人物質・材料研究機構 定年制職員(正職員)公募◇
募集分野・人数〈研究職(分野不問)〉 数名
 物質・材料一般◯

申請書は下記 Email アドレスに提出下さ材料工学(構造材料を含む)，応用物性学，材料化学，材料

い．2, 3 日過ぎても受理返信通知のない場合は，ご連

データ科学，他，物質・材料に関する研究であれば分野を絡下さい．

問わない．特に，以下を専門とする応募者を歓迎量子マ

問合・申請先(公社)日本金属学会 フロンティア研究助成係

テリアル，水素関連材料，蓄電池材料，人工知能材料，テEmail: stevent＠jim.or.jp

ラヘルツ材料，データ科学，有機材料，バイオ関連材料，

 0222233685

高分子材料，計算材料科学，先端材料開発技術など
 物質・材料一般(女性のみ応募可)◯

若干名〈研究職(分野指定)〉 8 分野(各 1 名) メタマテリアル等のナノフォトニクス材料，◯
 水素製造◯スピン物性・新規デバイス，◯
計算材料科学，材料技術，◯
 フォノン・熱制御材料，◯
 プローブ顕微鏡などによるナ◯
材
 固体 NMR による先進材料分析，◯
ノ表面化学合成，◯

料科学計算基盤〈エンジニア職(分野指定)〉 3 分野(各 1 名)
畜電池材料技術，◯
研究用機械の設計・試作と機械加工，◯
 ネットワーク・インフラエンジニア◯

公募締切 年月中旬
業務(研究)内容，応募資格，応募方法などの詳細は当機構のホームページを参照．

◇◇

https: // www.nims.go.jp / employment / permanent-◇

staff.html

問合せ先〒3050047 茨城県つくば市千現 121
国立研究開発法人物質・材料研究機構
人材部門

人材開発室

 0298592555
Email: nims-recruit＠nims.go.jp

公

募

◇成蹊大学

理工学部

助教公募(材料力学研究室)◇

募集人員

助教

所

成蹊大学理工学部

属

専門分野

名
理工学科(機械システム分野)

材料力学，材料工学，塑性加工学のいずれか，または関連する分野

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan




教育担当

機械工学分野の基礎的な科目および実験科目(通お知らせ

年で週 1 から 2 コマ程度)
応募資格



◇第
回本多記念賞，第回本多フロンティア賞
及び第回本多記念研究奨励賞受賞者◇

博士の学位を有すること(着任時において取得見込み
を含む)




専門分野に知識と経験を有し，教育・研究に熱意を持

公益財団法人本多記念会って取り組める方

大学運営に関連する諸業務に積極的に取り組める方

勤務形態
待

遇

本多記念会は，令和 4 年 2 月 4 日開催の第188回理事会に常勤・任期あり 3 年間(試用期間なし)

おいて，令和 4 年度の第 63 回本多記念賞，第 19 回本多フロ※1 回に限り 2 年間の契約更新の可能性あり

ンティア賞，第 43 回本多記念研究奨励賞の受賞者を決定し成蹊大学の規定によるましたので，お知らせいたします．

公募締切 年月日(火)必着
着任時期

2022年 9 月 1 日

なお，贈呈式は，令和年月日(金)時分より，東京・神田

学士会館で行う予定です．

提出書類





履歴書(氏名，連絡先，学歴，職歴，学会及び社会に.

第回本多記念賞(本賞

金メダル，副賞 万円)

おける活動等，写真を貼付)

受賞対象研究先進構造材料の高機能化に関する研究

研究業績等のリスト(学術論文(査読の有無を区別)，

氏

名

工学博士

招待講演，国際会議論文(査読の有無を区別)，著書

現職

東北大学名誉教授

等，受賞，競争的資金獲得状況，その他特記すべき事項)

主要論文の別刷り(コピー可，3 編以内)

これまでの研究概要(任意形式で A4 版， 2 ページ程
度)

.

はな だ

しゅうじ

花田

修治

第回本多フロンティア賞(褒賞金各万円)

受賞対象研究バルクナノメタルの創製と組織・力学特性に関する研究

氏

名

博士(工学)

現職

京都大学大学院工学研究科教授

つじ

のぶひろ



伸泰




教育歴のある方はその概要

受賞対象研究酸化マグネシウム磁気トンネル接合の開発と応用


今後の研究計画と教育に対する抱負(任意形式で A4氏

名

博士(理学)

版，1 ページ程度)

現職(国研)産業技術総合研究所研究センター長




ゆ あさ

しん じ

湯浅

新治

応募者について所見を得られる方 2 名の氏名と連絡
.

先※書類に不備がある場合には選考から除外されることがあります．応募書類は返却いたしませんが，応募者の情報管理は適切に行います．
成蹊大学理工学部理工学科(機械システム分野)
教授

酒井

孝

※封書に「理工学科助教(機械システム分野)応募書類在中」と朱書きし簡易書留で上記の宛先まで送付して下さい．
同上

教授

酒井

孝

受賞対象研究氏

名

博士(工学)

現職

大阪大学産業科学研究所助教

あら き

てっぺい

荒木

徹平

受賞対象研究高品質ディラック半金属薄膜の作製と量子化伝導状態に関
する研究

氏

名

博士(工学)

現職

東京工業大学理学院准教授

うち だ

まさ き

打田

正輝

受賞対象研究革新的量子計測の研究材料と検出器開発，そして実用

 0422373712(直通)氏

名

博士(理学)

Email: sakai(at)st.seikei.ac.jp

現職

東北大学未来科学技術共同研究センター准教授

受賞対象研究

磁気スキルミオンの物質設計と制御手法の開拓

氏

名

博士(工学)

現職

東京大学大学院工学系研究科准教授(注( at )を＠に変えて下さい・メールでの連絡が望ましい)
選考方法

各万円)

次世代センシングデバイス創成にむけた金属ナノ材料設計とナノネットワーク制御の研究〒1808633 東京都武蔵野市吉祥寺北町 331

書類送付先

問合せ先

第回本多記念研究奨励賞(褒賞金

書類選考および面接を行います．

※書類選考通過者には 6 月上旬頃までに面接のご案内をす

くろさわ しゅんすけ

黒澤

俊介

せき

しんいちろう関真一郎

る予定です．(面接に際しての旅費交通費，宿泊費等は自受賞対象研究希少元素を用いない高性能永久磁石材料の研究

己負担となりますので御了承下さい．新型コロナウイル

氏

名

博士(工学)

ス蔓延の状況によってはオンライン面接の可能性もあり

現職(国研)物質・材料研究機構主幹研究員

せぺ

り な びど世伯理那仁(H. Sepehri
Amin)

ます．）
そ の 他



研究室サイトt.ly/0YzB

本 会 記 事助.

成◇2022年度 技術研究助成 募集要項◇
公益財団法人 JFE21世紀財団

.

応募資格者
日本の国公私立大学または公的研究機関に勤務(常勤)する研究者であって国籍は問わない．なおグループでの研究の場
合，代表研究者以外の共同研究者は 3 名以内で，大学院生
および外国の大学，日本の他の大学や公的研究機関に所属する研究者も可とする． 2019～ 2021 年度の本研究助成を代表

助成対象となる研究

鉄鋼技術研究鉄鋼材料，製造プロセス，鉄鋼副産物を対象とする基礎/応用研究
計測・制御・分析・計算科学・数値解析等で鉄鋼を対象とする関連技術や生産技術の研究を含む．
地球環境・地球温暖化防止技術研究地球環境保全と地球温暖研究者として受領した者は，代表研究者としての応募はできない．
.

申請の手続き本財団ホームページ( HP )の申請様式に記入し， HP 内の申請画面から財団に送信する．

化防止を目的とした技術

財団 HPhttp://www.jfe-21st-cf.or.jp

開発を対象とするエンジニアリング(工学)に関係する基受付開始4 月18日(月)締切月日(月)礎，応用技術の研究＊研究分野の範囲は，財団ホームページ掲載の募集要項別紙「研究分野分類表」をご覧下さい．

.

審査・選考と助成研究(者)の公表
7 月～ 9 月に財団審査委員会で審査・選考を行い， 9 月末

頃に応募者に結果を通知する．

助成件数と助成金額

件数 28件(原則)(200万円/件).

同時に財団 HP 等で，助成研究者と研究テーマを公表する．

鉄鋼技術研究概ね12～14件
地球環境・地球温暖化防止技術研究 概ね12～14件＊詳細は財団 HP  http: // www.jfe-21st-cf.or.jp をご覧下さい．

.

＊お問合せ先(財団事務局)

研究期間
原則 1 年間(2023年 1 月研究開始・同年12月終了・2024年

 0335974652

Emailzai21c＠jfe-21st-cf.or.jp

1 月報告書提出)

但し， 1 年間を上限として延期・延長は可(その場合 2025
年 1 月報告書提出)

やってみようNIMS の材料実験
国立研究開発法人 物質・材料研究機構

小学生時代，あるいは中高生の頃，理科の授業に登場する「実験」

ない方が大半かもしれない．しかし，昨今では，大学，企業を問わに心踊らせた記憶をお持ちの方も多いのではないだろうか．我々がず小学生あるいは中高生向けの実験教室が盛んに開催されている．

何気なく使っている身近な製品には「面白い科学がたくさん含まれオープンキャンパス等での模擬授業，さらには大学での学生実験用ている」にも関わらず，「材料科学に着目した実験書籍はほとんどの実験としても申し分ない質を誇り，物質の基本的な物性からもの見当たらない」．これが本書の生まれたきっかけである．

づくりまで網羅している．正に，良質な実験アイデアの宝庫であ

本書には，「材料の基本的な性質を調べてみよう」，「金属の強さ

る．現行の学生実験のテーマを一新する，模擬授業に実験を組み込について調べてみよう」，「作ってみよう」の 3 つのカテゴリーに分んでみるなど，本書の活用可能性は無限大である．若者へ向けた科類された，計27つの実験が紹介されている．いずれの実験とも，極学の面白さの啓蒙に使うもよし，材料の魅力を自ら再確認するもよ

力手に入りやすい材料で実施できるように工夫されており，かつ，し，是非お手に取っていただき，ご自身の手で実験されることをお手順ごとに写真がふんだんに掲載され，容易に再現できるようにな勧めしたい．折々に，各実験に関連したコラムが挿入されており，っている．筆者は金属材料を専門としているが，多くの実験は，現読み物としても満足できる．読者のみなさまも，ぜひやってみよ

在研究室内にあるものだけで実施可能である．実験のコツや注意事

う材料実験．材料の面白さを改めて実感すること請け合いである．

項，さらには変化や反応の生じる原理についての，わかりやすく詳(芝浦工業大学工学部材料工学科芹澤愛）

しい説明も付けられている．
とは言われても，わざわざ実験してみようとまではなかなか思え

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan〔2021年 A5 判・並製 アグネ技術センター181頁 2,000円＋税〕



日 本 金 属 学 会 誌 掲 載 論 文Vol. 86, No. 4（2022）―論

Nguyen Duong Nam, Le Thi Nhung, Vu Anh Tuan,
Nguyen Hong Hai and Pham Mai Khanh

文―

純チタン冷延薄板の降伏挙動に及ぼす結晶粒径，板厚
岳辺秀徳 潮田浩作
および引張方向の影響
種々のステンレス鋼へのスクリーンを用いた低温プラ
ズマ窒化処理における S 相および Sa 相の厚膜化
濱島Investigation of Microstructures Changing inHigh Manganese Steel Mn15Cr2V after Heat
Treatment and Impacted Load

隼

西本明生

Aerobic Oxidation of Dibenzothiophene Catalyzed
by Ruthenium Catalysts ― Suppression of OverSatoru Murata,
Oxidation of the Solvents
Tatsuki Noda, Masahiko Hatakeyama and Satoshi Sunada

Analysis and Research on the Cause of the ``White
J-lin Zhang,
Stripe'' of 30Cr1Mo1V Side HAZ
Lin Yang, Qian Yan, Ping Zhu, J-kun Xiong and Chang Liu

Materials Transactions 掲載論文
Vol. 63, No. 4（2022）―Special Issue on Structural Analysis andMeasurement of Physical Properties on Advanced
and Fundamental Materials―
Kenji Matsuda, Katsuhiko Nishimura,
PREFACE
Ilona Mullerova, Sarka Mikmekova, Shixun Cao,
Makoto Shiojiri and Mitsuhiro Murayama

Effect of Fabrication Parameter on Microstruc5.3 massAl
3 massCa for Developture of Mg
ment of Mg Rechargeable Batteries
Tadayoshi Tsukeda, Takuro Nakagawa, Masaya Moriwaki,
Kensei Kikura, Riku Sakurae, Tetsuo Aida,
Hironobu Tabata, Hideki Kurihara and Mayumi Suzuki

Surface Properties and Microstructure of Catalytically Active Ni70Ga30, Ni70Sn30 and Ni70In30 Melt
Spun Intermetallics Subjected to OxidationReduction Heat Treatment
P. Czaja, J. Przewo áznik, P. Ozga, M. Marzec,
K. Stan-G/lowi ánska, D. Duraczy ánska, E. Serwicka and
L. Lity ánska-Dobrzy ánska

Influence of Iron Diffusion on the Oxidation
Resistance of CrSiCN Hard Coatings
Masahiko Hatakeyama, Taiki Tsuchiya, Seung-won Lee,
Kenji Matsuda, Yoshifumi Aoi and Masateru Nose

Pressure-Induced Increase of the Total Magnetic
Moment in Ferrimagnetic Ni1.9375Mn1.5625Sn0.5 Martensite: A Quantum-Mechanical Study
Martin Fri áak, Martina Mazalov áa, Ilja Turek,
Old¾rich Schneeweiss, Ji¾rƒá Ka ¾stil, Ji¾rƒá Kamar áad andMojmáƒr ½Sob

Numerical Analysis of Parameter Optimization in
Slow Light Phase-Shifted Fiber Bragg Gratings
Mat áu ¾s Va ¾nko, Jarmila M äullerov áa and Milan Dado

Behaviour of Nickel-Rich Non-Equimolar High
Entropy Alloys in High-Temperature Oxidizing/
Richard Gawel, Lukasz
Rogal andConditions
bek
Jaros/law Da3

―Regular Article―
Materials Physics

In Situ TEM Observation and MD Simulation of
Cu AlloyFrank Partial Dislocation Climbing in Al
Jiao Chen, Kenta Yoshida, Tomoaki Suzudo,
Yusuke Shimada, Koji Inoue, Toyohiko J. Konno andYasuyoshi Nagai

Interaction of Carbon and Extended Defects in aFe Studied by First-Principles Based Interatomic
Thi Dung Pham, Tien Quang Nguyen,
Potential
Tomoyuki Terai, Yoji Shibutani, Masaaki Sugiyama andKazunori Sato

Change in Microstructure and Electrical ResistiviYoji Miyajima,
Zn Alloy Due to Rollingty of CuHiroki Morimoto, Masashi Miyazaki, Takuya Okada,Kazuhiro Ishikawa, Chihiro Watanabe and Hiromi Miura
Microstructure of Materials

Formation Mechanism of Tempering-Induced
10Mo
7Al Alloy
Martensite in Ti
Yoshito Takemoto, Mikiko Yasuno, Masaki Ikemoto,
Hiroyuki Ando and Ichiro Shimizu

Microstructures and Mechanical Properties of Cu
38 massZn Alloy Fabricated by Different Rolling
Yanshuo Li, Norimitsu Koga,
Pass Schedules
Cihiro Watanabe and Hiromi Miura

Magnetic Properties and Substructure of Iron-Gallium Alloy Single Crystals Processed from Ingot to
Masaki Chiba, Takenori Tanno, Maho Abe,
WafersShuichiro Hashi, Kazushi Ishiyama, Toru Kawamata,Rie Y. Umestu, Kazumasa Sugiyama, Shigeo Sato,
Yosuke Mochizuki, Koji Yatsushiro, Tsuyoshi Kumagai,
Tsuguo Fukuda, Shun-Ichiro Tanaka and Shigeru Suzuki

Improvement in Strength of High Concentration
Corson Alloy with the Heterogeneous-Nano StrucYoshihiro Matsuura, Hironori Sakai,
tureChihiro Watanabe, Yuya Sumino and Hiromi Miura

Influence of Added Fourth Elements on PrecipitaMg
Zn Ternary Alloys
tion in Heat-Resistant Al
Hiroki Ishii, Rikito Takagi, Naoki Takata, Asuka Suzuki
and Makoto Kobashi

本 会 記 事Acoustic Properties of a Metal Close to Its Melting
Point, as Measured by Laser Ultrasonics

Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy
Investigation of Thermal Aging Effect for the
Mechanical Properties of Hydrogen-Absorbed
Yasuhiro Ishijima, Ken'ichi Yokoyama,
Tantalum

Harumichi Sato, Hisato Ogiso and Hirotomo Itagaki
Mechanics of Materials

Fumiyoshi Ueno and Hitoshi Abe

Whether ``Rich in Frequency'' Means ``Rich inInformation'' in Pulsed Eddy Current Testing to
Evaluate Plate Thickness: Numerical InvestigaNoritaka Yusa, Jiuhao Ge and Mengbao Fan
tion

Temperature Independences of Fatigue Crack
Growth in Ti
0.49 massO
Yelm Okuyama, Masaki Tanaka and Tatsuya Morikawa

Time Dependence of Corrosion Behavior on Ta in
NaOH Solutions

Materials Chemistry

Leaching of Copper from Cementation Precipitatein Sulfuric Acid Solution with Cupric Ion andHyunjin Na, Kyoungkeun Yoo, Ho-Seok Jeon
OxygenYasuhiro Ishijima, Fumiyoshi Ueno and Hitoshi Abe

Nanomechanical Analysis of SUS304L StainlessSteel with Bimodal Distribution in Grain Size

and Richard Diaz Alorro

In-Situ Observation of Initial Stage Cosmetic Corrosion Behavior under Wet and Dry Conditions

Viola Paul, Yanxu Wang, Kei Ameyama, Mie Ota-Kawabata
and Takahito Ohmura

Shunsuke Yamamoto and Satoru Ando

Corrosion Monitoring of Carbon Steel in NonIrradiated, Humidity-Controlled Environments
Simulating Gamma-Ray Irradiation

Materials Processing

Development of Press-Forming Technique for
Bent Automotive Body Parts Using In-Plane Shear
Yusuke Fujii, Masaki Urabe,
Deformation

Atsushi Omori, Saya Ajito, Hiroshi Abe, Kuniki Hata,
Tomonori Sato, Yoshiyuki Kaji, Hiroyuki Inoue,
Mitsumasa Taguchi, Hajime Seito, Eiji Tada,
Shunichi Suzuki and Eiji Akiyama

Yuji Yamasaki and Yoshikiyo Tamai

Effect of Melt Velocity on Density of AluminumAlloy Castings in Expendable Pattern Casting
Sadatoshi Koroyasu
Process

Tangled Dislocation Structures inside Dislocation
Channels of Rapid-Cooled and Tensile-Deformed
Aluminum Single Crystals

The Effect of Divalent Metal Ions on the Morphology of Zinc Oxide Synthesized from Layered Zinc
Hydroxide Acetate

Kazushige Tokuno, Masatoshi Mitsuhara,
Shinnosuke Tsuchida, Ryo Tsuboi, Junji Miyamoto,
Masahiro Hagino, Takashi Inoue and Kouki Nishidate

Sae Shimizu and Haruhisa Shiomi

Effect of Linear Weld Angle on Fatigue Strengthof q-Shaped Laser Welded Joints

Interfacial Design of Cu
SiC Composites by Meansof Nano-Diamond/SiC Composite Particles in
Takahiro Kunimine,
Pressure Infiltration Casting

Tomohiro Sannomiya, Daisuke Nakamura, Jinta Arakawa,
Tadashi Kado, Tomohito Tsudo, Seiya Takahashi,
Masashi Hiraoka, Hiroyuki Akebono and Atsushi Sugeta

Kazumasa Kurachi and Yoshimi Watanabe

Characterization and Wear Behavior of CoCrNi
Medium Entropy Alloy Coating on Al Alloy by
Resistance Seam Processing

Indentation Creep Behaviors of SnSb8Cu4 Babbitt
Alloy with Zn and Cu Addition
Song Zhenya, Jin Shenchao, Shen Yueming, Teng Jiabin,
Lu Bing and Zhang Lincai

Dechao Zhao, Decheng Kong, Jie Huang, Mingliang Wang
and Tomiko Yamaguchi

Crystallographic Analysis of Hydrogen Embrittlement Behavior in Aluminum Alloy Using Diffraction Contrast Tomography

Environment

Investigation of the Scorodite Formation Mechanism in As(V) Solution Containing Fe(II) with
Hematite Addition Using a Stable Iron Isotope

Kyosuke Hirayama, Hiroyuki Toda, Takafumi Suzuki,
Masayuki Uesugi, Akihisa Takeuchi and Wolfgang Ludwig

Atsushi Iizuka, Ken Adachi and Etsuro Shibata
Announcement◇◇

まてりあ第
巻号［表彰］2022年春受賞者紹介［学会賞受賞記念講演］材料数理学としてのクラスター変分法…………………………………毛利哲夫［本多記念講演］永久磁石の高性能化にみる複合組織制御…………………………………………杉本 諭

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan◇

予告［新 進 気 鋭］ 金ナノ粒子酸化チタン/ポリアニリンハイブリッ
ド電極を用いたグルコースセンサー性能の向上……………………………………………邱
―他―～編集の都合により変更になる場合がございます～




行
開催日

事

カ

名称・開催地・掲載号

レ

ン

主催


年月
第38回希土類討論会(熊本)11～12日本希土類学会

11～13

日本顕微鏡学会第78回学術講演会(郡山＋Web 開催)

日本顕微鏡学会

14～11.5(全 7 回)

セ ラ ミ ッ ク ス 大 学 2022 ( CEPRO2022 ) ( Web 開催)17～6.3

第422回講習会「生体機能を工学するバイオミ
メティクス」(Web 開催)

20，6.3

第 243 ・ 244 回西山記念技術講座「基礎から振り返る先端鉄鋼材料学」(早稲田・Web 開催)

23～25

トライボロジー会議 2022
期型))

27～29
29～31

第142回春期大会(大阪大学)

軽金属学会

第 2 回マルチスケールマテリアルモデリングシ
ンポジウム(第 7 回マルチスケール材料力学シンポジウム)(大阪)

日本材料学会

春

東京(東京・(同年月
第27回計算工学会講演会(秋田)1～3

3～5
2022年度塑性加工春季講演会(Web 開催)年月
第25回課題研究成果発表会(大阪＋Web 開催)
6

ダー 太字本会主催(ホームページ掲載)
問合先

TEL 0668797352
kidorui＠chem.eng.osaka-u.ac.jp
http://www.kidorui.org/

https://www.jilm.or.jp/
http://www.jsms.jp

TEL 0338688957 office＠jsces.org
https://www.jsces.org/koenkai/27/
日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

日本計算工学会

TEL 0662713179
grant＠lm-foundation.or.jp
日本アイソトープ TEL 035395
8081
協会
gakujutsu＠jrias.or.jp
http://www.jrias.or.jp/
軽金属奨学会

第59回アイソトープ・放射線研究発表会(東京)

7～8

第 14 回核融合エネルギー連合講演会―( Web 開催)

日本原子力学会核 TEL 052
7353185
融合工学部会，プ plasma＠jspf.or.jp
ラズマ・核融合学会

13～14

第 26 回動力・エネルギー技術シンポジウム(佐賀)日本機械学会21～22

第 56 回 X 線材料強度に関するシンポジウム(京都)

日本材料学会24～29

The 9th Tokyo Conference on Advanced Catalyt- 触媒学会
ic Science and Technology (TOCAT9)(福岡)


年月
第 18 回アルミニウム合金国際会議( ICAA18 )(富
4～8
山)

4～9

第 18 回 液 体 及 び ア モ ル フ ァ ス 金 属 国 際 会 議(LAM18)(広島)

7～92022 年度工学教育研究講演会(関東地区大学とWeb 開催)

11～16

～


発表
1.21

TEL 0364575156
jsm-post＠microscopy.or.jp
http://conference.wdc-jp.com/microscopy/
conf2022/index.html
日本セラミックス TEL 033362
5231
協会
cersj-kyouiku＠cersj.org
https://www.ceramic.or.jp/ikyoiku/
cepro2022/index.html
精密工学会
TEL 0352265191
https://www2.jspe.or.jp/form/koshukai/
koshukai_form.html
日本鉄鋼協会TEL 0336695933 educact＠isij.or.jp
https://isij.or.jp/event/event2022/
nishiyama243.html
日 本 ト ラ イ ボ ロ TEL 033434
1926
ジー学会
jast＠tribology.co.jp
https://www.tribology.jp/

6～8


年月
3～6
ICYRAM2022(福岡)締切

TEL 0343357615
https://www.ioes.saga-u.ac.jp/ex-event/
PES26/index.html
TEL 0757615321
jimu＠office.jsms.jp
https://www.jsms.jp/

講演4.1

atakagak＠cstf.kyushu-u.ac.jp
https://tocat.catsj.jp/9/

MRSJapan

TEL 0928022755
mtanaka＠chem-eng.kyushu-u.ac.jp
https://icyram2022.wixsite.com/official-site

軽金属学会

http://www.icaa18.org/

第 18 回 液 体 及 び TEL 082
4246555
アモルファス金属 masinui＠hiroshima-u.ac.jp
国際会議組織委員 https://lam-18.hiroshima-u.ac.jp/
会

日本工学教育協会 TEL 035442
1021
kawakami＠jsee.or.jp
https://www.jsee.or.jp/event/conference/
The 22nd International Vacuum Congress(IVC 日本表面真空学会 TEL 0338120266 ivc22＠jvss.jp
日本学術会議https://ivc22.org/
22)(札幌)日本金属学会秋期講演大会(福岡工業大学)(予定)

日本金属学会TEL 0222233685 FAX 0222236312
annualm＠jim.or.jp年月
第 24 回ミレニアム・サイエンスフォーラム(東
11
京)

22～25



ミレニアム・サイ TEL 036732
8966
エンス・フォーラ msf＠oxinst.com//
ム
http: www.msforum.jp/
組
織
The 1st International Symposium on Iron Ore Ag- SynOre2022
TEL 0363699984
glomerates (SynOre2022)(第 1 回鉄鉱石塊成鉱 委員会，日本鉄鋼 synore2022＠issjp.com
に関する国際シンポジウム)(島根)協会
https://synore2022.com/index.html

本 会 記 事(2022年 1 月21日～2022年 2 月20日)

正

員

北村貴典
学

生

荒木駿佑
久保田真彩

九州工業大学守屋要一

株式会社村田製作所

島岡
慧
森口和人

東京大学
北海道大学

員
室蘭工業大学
東北大学

外国一般会員MEI Ruibin Northeastern University

外国学生会員晟皓

ピニェーロカンポス ホドリーゴ

京都大学

〈訂

大阪大学

LI Yangen

大阪大学

東北大学

横田有為

正〉

まてりあ

第61巻(2022)シリーズ「金属素描｣

第3号

131頁

No. 21

本記事 131ページ

左カラム

イリジウム(Iridium)下から 15行目の文章で，編集上の不注意により誤りを生じてしまいま

した．誠に申し訳ございません．お詫びして下記の通り訂正申し上げます．
(誤) ・・・ 1443°
Cと金属元素の中では比較的高く，・・↓(正) ・・・ 2443°
Cと金属元素の中では比較的高く，・・

2021, 2022年度会報編集委員会
委員
長
副 委 員 長
委
員

竹田
修
田中秀明
池尾直子
大野直子
小嶋隆幸
齊藤信雄
鈴木真由美
塚田祐貴
徳永透子
袴田昌高
松垣あいら
盛田元彰
横井達矢

石川史太郎
岡田周祐
小畠淳平
篠原百合
田辺栄司
寺本武司
長岡
亨
本間智之
宮崎秀俊
山本剛久
李
誠鎬

ま て り あ 第巻 第  号（） 発行日
発行所

井田駿太郎
川西咲子
小柳禎彦
佐々木秀顕
島克利
圓谷貴夫
豊木研太郎
春本高志
眞山
剛
山崎由勝

2022年 4 月 1 日

公益社団法人日本金属学会〒9808544 仙台市青葉区一番町一丁目1432
TEL 0222233685 FAX 0222236312

ま て り あ 第61巻 第 4 号(2022)
Materia Japan

発
印
発

行
刷
売

(五十音順，敬称略）

植木洸輔
木口賢紀
小山元道
佐藤豊人
高山直樹
寺西
亮
永井
崇
藤井
進
三井好古
山中謙太

宇部卓司
北村一浩
齊藤雄太
芹澤
愛
堤
祐介
轟
直人
長谷川 誠
松本洋明
諸岡
聡
吉年規治

大塚
誠
國枝知徳
近藤亮太
鈴木賢紀
趙
研
土井康太郎
永瀬丈嗣
松浦昌志
宮部さやか
山本知一

定価,円(本体,円＋税)送料円
人
所
所

山村英明
小宮山印刷工業株式会社
丸善雄松堂株式会社〒1600002 東京都新宿区四谷坂町 1010




ã

1

2022年 4 月 1 日発行「まてりあ」

6