1

Crystal & Amorphous

2

アモルファスからの回折

Fig. 4. XRD pattern of the

carbon fibers.

Shape controlled synthesis of Cu2 O and its catalytic application to synthesize amorphous carbon nanofibers

Fanglin Du, Jungang Liu and Zhiyan Guo

Materials Research Bulletin, Volume 44, Issue 1, 8 January 2009, Pages 25-29

The XRD pattern of nanofibers is shown in Fig. 4. The broad diffraction peaks of amorphous nanofibers can be observed. No diffraction peak of graphitic carbon appears, revealing an amorphous feature of the nanofibers. The other diffraction peaks at higher diffraction angles can be indexed to cubic structure of Cu with lattice constants of a = 3.615 Å.

3

アモルファスからの回折

Figure 2. XRD patterns collected during microwave heating. Fe–B phases form at t = 7 s.

Rapid nanocrystallization of soft-magnetic amorphous alloys using microwave induction heatingR. Nicula, M. Stir, K. Ishizaki, J.-M. Català-Civera and S. Vaucher,

Scripta Materialia, Volume 60, Issue 2, January 2009, Pages 120-123

We focus our present discussion on the early stage of crystallization under microwave irradiation. The time “origin” is chosen to match the last observed amorphous XRD pattern. This corresponds to an elapsed time t = 1 s. The XRD spectra collected after the onset of heating are shown in Figure 2. Nanocrystallization instantly follows the onset of microwave absorption (t = 2 s, Fig. 2). The body- centred cubic (bcc) α-Fe(Si) solid solution (cI2, PDF 6-0696) and the face-centred cubic (fcc) Fe3 Si DO3 phase (cF16, PDF 45-1207) match the observed diffraction patterns. The (111) and (200) superlattice reflections of the DO3 phase confirm the rapid formation of Fe3Si. We index the major phase diffraction lines as Fe3Si reflections; however, the presence of bcc α-Fe(Si) nanocrystals cannot be ruled out. After t = 6 s, the crystallized fraction equals 56 vol.%, in agreement with conventional heating results [9], [10], [11], [12] and [13].

4

高分子（polymer）

5

高分子材料

ポリエチレン

H-(-CH2 -CH2 -)n -H の分子量と性質

重合度

n 分子量 外観 融点（℃）沸点

（℃/mmHg）

1 30 -172 -88.5/760

5 142 -30 174/760

10 282 37 205/15

30 842 99 250/10-5

60 1682 100 分解

100 2802 106 分解

1000 28002 110 分解

6

高分子材料

7

高分子の応力-歪曲線

8

高分子構造CH

9

高分子の回折図形

Semi-interpenetrating polymer network hydrogels based on water-soluble N-carboxylethyl chitosan and photopolymerized poly (2-hydroxyethyl methacrylate)

Yingshan Zhou, Dongzhi Yang, Xuanyue Gao, Xiangmei Chen, Qiang Xu, Fengmin Lu and Jun Nie,Carbohydrate Polymers, Volume 75, Issue 2, 22 January 2009, Pages 293-298

Fig. 6. The XRD patterns of (a) CS, (b) CECS, (c) semi-IPN1, (d) semi-IPN2,

(e) semi-IPN3, (f) poly (HEMA).

10

高分子の回折図形

非晶質（アタクチックポリスチレン）

結晶性，無配向（ポリエチレン）

結晶性，配向（ポリエチレン）

11

高分子

Fig. 3. The three-dimensional hydrogen-bonded structure of the copper(II) polymer [Cu4(H2O)4(dmapox)2(btc)]n · 10nH2O. Dashed lines indicate the hydrogen bonds. The disordered C14b and the hydrogen atoms not involved in hydrogen bonding are omitted for clarity. (Symmetry codes: iv = −x + 2, −y, −z; v = x, y −

1, z; vi = −x + 1, −y, −z).

[Cu4(H2O)4(dmapox)2(btc)]n · 10nH2O: The first two-dimensional polymeric copper(II) complex with bridging μ-trans- oxamidate and μ4-1,2,4,5-benzentetracarboxylato ligands: Synthesis, crystal structure and DNA binding studiesZhi-Qiang Liu, Yan-Tuan Li, Zhi-Yong Wu and Shu-Fang Zhang

Inorganica Chimica Acta，Volume 362, Issue 1, 1 January 2009, Pages 71-77

単結晶を利用した結晶 構造の決定

12

高分子構造

13

高分子材料

アセチレン

14

結晶性と非晶質性

ゴム（非晶質領域多し）

プラスチック（非晶質領域と結晶領域）

繊維（結晶領域多し）

低分子はよい結晶をとるが，長い分子鎖からなる高分子は結 晶領域と非結晶領域からできている。

特性は両者の割合によって著しく影響を受ける。

15

DNAの結晶構造

DNAのX線回折図形（Franklin, Glossing, 1953）

1

Fe-Cの状態図（相図）と結晶構造

bcc

fcc

bcc

2

鉄（Fe）の結晶構造と体積

面心立方構造（FCC）

体心立方構造（BCC）

3

Feの同素変態と長さの変化

4

Fe-Cの状態図（相図）と結晶構造

bcc

fcc

bcc

5

鉄（Fe）の結晶構造と体積

面心立方構造（FCC）

体心立方構造（BCC）

マルテンサイト（BCT）

6

Fe-Cの状態図（相図）と結晶構造，組織

7

8

結晶組織

11

欠陥

12

転位

13

面欠陥

14

bccの八面体位置

15

bccの四面体位置

16

fccの八面体位置

17

fccの四面体位置

18

欠陥の熱・統計力学

• エントロピー変化

• 自由エネルギー変化

19ni個の不純物原子を含む固溶体の内部エネル

ギー，エントロピー，自由エネルギー

ii En

in0G)( 1TG

)( 2TG

ST 1ST 2

12 TT

G

20

溶解度曲線（solubitily curve）

Nni /

T

*n

*T

21

溶解度曲線（solubitily curve）

Nni /

1T

2n

2T

1n

22

格子欠陥と格子定数

Alの格子定数と格子欠陥（Simmons & Balluffi）

24

空孔の形成エネルギー

元素Ev

(eV)Tm

(ºC)平衡原子空孔濃度（原子空孔/cm3）

25 ºC 300 ºC 600 ºC Tm

Ag 960 1.5×104 1.5×1013 3×1016 7.8×1017

Al 660 1.0×1010 1.2×1016 2.4×1018 5.0×1018

Au 1063 1.5×106 1.5×1014 1.5×1017 1.2×1019

Cu 1083 1.1×106 1.4×1014 1.4×1017 9.0×1018

Ge 958 <1 1.3×105 1.3×1011 8.2×1013

Si 1412 <1 3.1×102 2.5×109 8.0×1015

25

時効時間と電気抵抗

700°Cから焼入れし60°Cで時効したAu

26

焼入れした空孔と体積変化

Au線

28

Al-Ni

29

Defect in B2

M. Kogachi and T. Haraguchi, Intermetallics 7, 1999

Composition

U

30

不定比化合物（non-stoichiometry）

31

転位組織 • 変形量が少ないと比較的均一

• 転位密度が増すとセル組織

純鉄を室温で5%圧延 純鉄を室温で50%圧延

32

いろいろな物質 の応力-歪曲線

33

塑性変形

鉄と鉄鋼がわかる本，新日本製鐵編著，日本実業出版

外力 外力

35

面と方向

36

-Fe（bcc）のすべり面 とすべり方向

37

すべり線 • 純鉄では同時に起こったすべり線が見える

• 18-8ステンレスでは一方向（矢印は双晶）

純鉄を室温で10%引張変形 18-8ステンレスを室温で10%引張変形

38

いろいろな物質の すべり面とすべり方向

物質 結晶構造 すべり面 すべり方向

Cu, Ag, Au, Ni fcc

-Fe bcc

Mg hcpZn hcpGe diamond

NaCl NaClCaF2 CaF2

39

A’

A

P

P

40

41

hcp (hexagonal close packed structure)

42

fcc (face centered cubic structure)

43

面欠陥（積層欠陥）

44

面欠陥（双晶）

45

fcc中の双晶（Twin in fcc）

46

Twinning Elements of Various Crystals

物質 構造 K1 1 K2 2Magnitude of shear, g

Cu, Ag, Au fcc <111> 0.707

Fe bcc <112> 0.707

Mg hcp <101> 0.130Zn hcp <101> 0.140

}211{

}111{

}210{

}102{

47

電子顕微鏡像 形状記憶合金の双晶と積層欠陥

49

結晶粒 • 結晶粒界の移動により結晶粒の成長

Fe-3.25%Siを冷間圧延後900℃で 1 h 焼きなまし

Fe-3.25%Siを冷間圧延後1000℃で 1 h 焼きなまし

51

小傾角粒界 （Low-angle grain boundary）

52

析出物

53

GP Zone in Al Alloy

• TEM Image of Al-Mg- Si Alloy

• Precipitation hardening of Aluminum alloy

• Needle-like precipitate

54

析出物と転位

55

へき開

物質 結晶構造 へき開面

Fe bcc

Zn, Cd hcp

NaCl NaCl

CaF2 CaF2

ZnS ZnS

Ge diamond

58(100)面に並ぶ空洞，

間隔約0.2m

オパール