共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 低温域におけるn-アルカンの応力誘起双晶化挙動
研究代表者／所属 阪大院理
研究代表者／職名 助教授
研究代表者／氏名 金子文俊

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

1

 川口辰也 阪大院理 助手

2

 久保田英樹 阪大院理 教務補佐員

3

 古川義純 北大低温研 助教授

研究目的 　偶数員n-アルカン[CH3(CH2)n-2CH3]の単結晶は、応力印可により可逆的な塑性変形を行うことが明らかになってきている。これは単結晶の両端に伸長応力を加えて引き伸ばすと、単結晶の一部が応力を緩和するため双晶化する現象である。この双晶化では、固相における炭化水素分子の分子軸回りの回転と並進的な変位を必要とすることから、分子運動が低下する低温域では可逆的な可塑変形が阻害される可能性がある。そこで塑性変形に対する温度効果を、室温から-50℃までの温度領域にわたり調べた。　
図1．n-アルカンの応力誘起双晶化。応力の向きを変えることで元の状態に回復する。　図2．圧縮応力による構造変化。長辺に対し70°の方向に伸びた新たな領域が発生する。　
研究内容・成果 　これまで偶数員n-アルカンの塑性変形現象は、n-アルカン分子が炭化水素鎖骨格平面が平行にパッキングされる三斜晶系の結晶構造を形成するときに見出されている。この条件を満たした場合は、炭素数nが20から28のn-アルカンは、室温から-20℃の温度領域において可逆的な塑性変形を示すことが既に明らかになっている。本年度は、同じく三斜晶系の結晶構造を形成する炭素数nが18のn-アルカンであるオクタデカンにおいて、室温から-50℃までの温度領域において塑性変形挙動に対する温度変化の影響を調べた。　
　アセトン溶液から育成した長辺の長さが数ミリ程度の短冊状単結晶の両端に伸長応力を加えた。図1に、その際の単結晶の形態変化を示す。伸長応力の印可により直ちに長辺に対して45°の方向に双晶化した領域が発生し、単結晶の伸長と共にその領域は拡大していく。この単結晶の変形は塑性的なものであるが、逆向きの応力を印可し圧縮すると徐々に結晶は双晶化した領域は縮小していき結晶は元の状態へと回復する。図1に示すように、-49℃においても18 ℃の場合と同様に伸長応力による単結晶の双晶化ならびに圧縮応力による回復は確認され、室温と同じ機構での構造変化が可能であることが分かった。今回は伸長する速さが0.1-0.3mm/s程度であったため、分子運動が低下した低温においても結晶の構造緩和が追随することが可能であったと考えられる。
　しかし、温度低下につれて結晶の伸長と回復が困難になっていく傾向が見られ、応力印可に伴う結晶の割れと破壊が見られる割合が高くなる。このことから、単結晶に要求する変形速度をより大きくすると、温度低下の影響はより顕著になるものと考えられる。　
　今回、結晶を圧縮していく過程において、図2に示すように新たな方向へ配向が異なるドメインが発生し得ることが明らかになった。この領域の構造はまだ明らかではないが、単結晶に圧縮応力を印可した際には、伸長応力の場合とは異なる応力緩和の機構が存在することが示唆される。　
図1．n-アルカンの応力誘起双晶化。応力の向きを変えることで元の状態に回復する。　図2．圧縮応力による構造変化。長辺に対し70°の方向に伸びた新たな領域が発生する。