Elucidation of nano-flexoelectricity and creation of buckling memory devices
| Project/Area Number |
21H04534
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 18:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
澄川 貴志 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (80403989)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
島 弘幸 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40312392)
梅野 宜崇 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (40314231)
安部 正高 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (50582623)
服部 梓 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (80464238)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥43,030,000 (Direct Cost: ¥33,100,000、Indirect Cost: ¥9,930,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2022: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
Fiscal Year 2021: ¥22,360,000 (Direct Cost: ¥17,200,000、Indirect Cost: ¥5,160,000)
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| Keywords | ナノ / フレクソエレクトリシティ / 強誘電体 / 座屈 / メカニカルメモリ |
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| Outline of Research at the Start |
ひずみ勾配を有する強誘電材料に生じるフレクソエレクトリック効果に着目する。材料寸法がナノサイズになると，自由表面や超急峻化されたひずみ勾配によって，マクロとは異なる特異な振れくそエレクトリック効果を生じることが予測される．電子顕微鏡内その場観察負荷実験および力学解析を行ってその詳細およびメカニズムを明らかにすることに加え、その支配因子を特定して理論を構築する。さらに、ナノフレクソエレクトリック効果を応用したメカニカルメモリ素子を設計し、試作を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度の研究実績は、以下のように纏めることができる。1. 分極特性を測定するための圧電応答顕微鏡に搭載可能な微小負荷治具を開発した。本治具は、対象薄膜を搭載した基板に対して面内方向の圧縮変位を与えることが可能であり、基板内にフリースタンディング薄膜部を設けたサンプルに対して、たわみを薄膜に与えることができる。これにより、薄膜を面内方向に座屈させ、正負の異なる曲げ状態を実現することができる。事前検討として、シリコンに対してエッチング処理を施して切り欠き部を設けたサンプルを作製し、有限要素法を用いた圧縮変形時の力学状態の特定と共に実測の可否を検討した。2. 圧電応答顕微鏡の測定結果に及ぼすサンプル表面形状の影響について検討を行った。制御された微細斜面を有するシリコン基板を作成し、測定結果に影響を及ぼす斜面の勾配の影響（converse flexoelectricity）を明らかにした。3. 対象薄膜が堆積されたシリコン基板に対して、裏面からのエッチング処理を施し、切り欠き部上にフリースタンディング状態で独立したサンプルを実現した。実際に圧電応答顕微鏡下で測定を実施し、その応答の取得に成功した。4. バックリングメモリ構造を念頭に置き、圧縮負荷によって所望のひずみ分布状態を実現できる微細構造について解析的検討を実施した。微細構造は周期的なユニットセルを有するものとし、ユニットセル形状については、トポロジー最適化を用いた設計手法を検討した。さらに遺伝的アルゴリズムを用いた手法により、構造体内の要素の配置について検討を行い、最適化の程度についての検討を実施した。5. 分極特性に加えて、磁気特性（flexomagneticity）を利用したバックリングメモリに関する検討を実施した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(57 results)
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[Journal Article] Simultaneously Toughening and Stiffening Elastomers with Strong Eightfold Hydrogen Bonding2021
Author(s)
Yizhi Zhuo, Zhijie Xia, Yuan Qi, Takashi Sumigawa, Jianyang Wu, Petr Sestak, Yinan Lu, Verner Hakonsen, Tong Li, Feng Wang, Wei Chen, Senbo Xiao, Rong Long, Takayuki Kitamura, Liangbin Li, Jianying He and Zhiliang Zhang
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: -
Issue: 23
Pages: 2008523-2008523
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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