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Multi-scale, high resolution operando analysis of material destruction processes using mechano-chemical interactive measurements

Research Project

Project/Area Number 18K18960
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

Homma Takayuki  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80238823)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 柳沢 雅広  早稲田大学, ナノ・ライフ創新研究機構, その他(招聘研究員) (20421224)
Project Period (FY) 2018-06-29 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywordsプラズモニクス / ラマン分光法 / 表面増強ラマン分光 / 引張り試験 / 材料破壊 / ゴム / 表面増強ラマン散乱分光 / オペランド計測 / 表面増強ラマン散乱光 / 材料破壊過程 / 表面増強ラマン散乱 / オペランド解析 / 複合計測
Outline of Final Research Achievements

Purpose of the study was development of new tools with capability to analyze mechanical deformation and fracture of materials with mechanical properties and molecular structure. Developed tool was composed of multi beam SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) spectrometer with plasmonic sensor and tension tester. Operando measurement in tensile test was carried out, i.e. kinetic changes of molecular structure mapping in plain, fracture propagation, and so on. Multi-scale from nanometer range to millimeter scale was analyzed in materials. Rubber material was examined for tensile test. The following results were gained. Although surface layer revealed plastic deformation, deep component showed elastic deformation. Operando observation in crack propagation showed that double bond in rubber molecules was decomposed at around fracture position.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果は、引張り試験における化学構造、特に表面近傍と内部および切断破壊までの、面内方向におけるナノスケールでの化学構造分布の動的測定に世界で初めて成功したことである。また本研究を通して亀裂部での分子の分解反応を直接観察できたことで、本手法が材料破壊のメカニズム解明にむけての強力なツールであることを実証した。試験時における機械物性とナノスケールでの面内化学構造が同時に測定できることは、引張り試験に限らず、摩擦・摩耗・潤滑などのトライボロジー分野にも有用であり、高強度・高耐久性・高機能性材料の開発に貢献できると期待され、省エネルギー社会実現の観点からも社会的意義はきわめて大きい。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Presentation (5 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Presentation] エラストマー変形時における内部構造変化の計測・解析2021

    • Author(s)
      山口健,ベルツモルテン,柳沢雅広,本間敬之
    • Organizer
      トライボロジー学会・トライボロジー会議2021春
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチメッセンジャープローブによるトライボロジー界面の解析2020

    • Author(s)
      柳沢雅広,國本雅宏,本間敬之
    • Organizer
      トライボロジー学会・トライボロジー会議2020秋
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] トライボロジーのオペランド観察(第6報)2020

    • Author(s)
      柳沢雅広,ベルツモルテン,國本雅宏,本間敬之
    • Organizer
      トライボロジー学会・トライボロジー会議2020秋
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ラマン分光法を用いたトライボロジーのオペランド観察(第5報):材料その12019

    • Author(s)
      柳沢雅広、ベルツモルテン、齋藤美紀子、國本雅宏、本間敬之
    • Organizer
      トライボロジー学会トライボロジー会議2019春東京
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ラマン分光法を用いたトライボロジーのオペランド観察2018

    • Author(s)
      柳沢雅広、齋藤美紀子、國本雅宏、本間敬之
    • Organizer
      トライボロジー学会トライボロジー会議2018春東京
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光学デバイス、分析装置、及び光学デバイスの製造方法2019

    • Inventor(s)
      本間敬之、柳沢雅広、三田正弘
    • Industrial Property Rights Holder
      早稲田大学、(株)インターナショナル
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-054280
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光学測定装置2019

    • Inventor(s)
      本間敬之、柳沢雅広、河村賢一
    • Industrial Property Rights Holder
      早稲田大学、(株)東京インスツルメンツ
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-127205
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report

URL: 

Published: 2018-07-25   Modified: 2022-01-27  

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