Solving kink formation/strengthening mechanism through precise structure analyses

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Materials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle-
• Project/Area Number: 18H05479
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Abe Eiji 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70354222)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 波多 聡 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (60264107) ; Stefanus Harjo 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主幹 (40391263) ; 相澤 一也 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主席 (40354766) ; 上椙 真之 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 分光推進室, 主幹研究員 (20426521)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2023-03-31
• Keywords: ミルフィーユ構造 / 構造科学 / 最先端計測法 / 転位・回位 / 材料強化法 / 軽量合金 / 構造材料

Outline of Final Research Achievements

We have systematically elucidated the atomic structure, electronic structure, lattice defects such as dislocations and displacements, lattice strain, and kink 3D morphology of mille-feuille materials and kink-deformed materials of metals, polymers, and ceramics through multi-scale precise analysis using state-of-the-art measurement methods. Microstructural factors experimentally obtained in this study have been shared across the entire MFS research groups, and many active interdisciplinary collaborative researches, mainly by invited researchers and young researchers, have successfully led to some remarkable results that are the key to the elucidation of kink strengthening mehcanisim. In particular, through effective collaboration with computer simulations, we were able to elucidate the material strengthening mechanisms of Mg alloys and polyethylene at the atomic and molecular level.

Free Research Field

材料科学，構造科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

硬質層と軟質層から成るミルフィーユ材料のキンク強化現象について，最先端計測法を駆使した構造科学の観点から金属・高分子・セラミックスの３大材料について様々な新知見を得たことは，従来の転位論のみに基づく材料強化の考え方に大きな一石を投ずるものである。本研究が明らかにした「キンク変形は微視的な破壊｛クラック・ボイド）をもたらさない」という事実は，キンク強化を新しい材料設計指針として積極展開するきっかけとなることが期待される。さらに本研究は，最先端の電子顕微鏡や大型量子線計測の効果的な連携によって学術に新たな展開がもたらされることを示しており，これは材料科学分野にとどまらない波及効果を持つ。