2008 Fiscal Year Annual Research Report
先端圧電材料・薄膜システムのデバイスメゾ設計と強度・機能評価
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18360052
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
進藤 裕英 Tohoku University, 大学院・工学研究科, 教授 (90111252)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成田 史生 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (10312604)
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| Keywords | 弾性・非弾性論 / メゾ強度・機能学 / 数値シミュレーション / 材料試験 / 圧電材料・薄膜システム / 電場・力学場相互干渉 / 知的・電子材料システム / マイクロ・ナノデバイス |
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| Research Abstract |
本研究は, 環境適合型次世代知的電子システム, 高性能マイクロ・ナノデバイス等の設計・開発及び信頼性・耐久性評価に資することを目的に, 先端圧電材料・薄膜システムの電気弾性・非弾性及び破壊・疲労特性ならびに圧電・誘電特性等に及ぼす電場及び分域壁移動・分極回転の影響解明に関する理論的・実験的研究を行うものである. 本年度は, 昨年度までの検討結果を踏まえ, 試験方法及び解析モデルの妥当性を詳細に検討し, 新たな実験・解析を行った. 得られた成果を要約すると以下の通りである.
1. き裂を有する圧電セラミックスの平面ひずみ問題を有限要素解析し, 電気破壊力学的挙動を解明した. また, エネルギー解放率等の破壊力学パラメータを求める際問題となっているき裂面電気的境界条件(Permeable, Discharging, Open及びImpermeableき裂)についても考察を加えた.
2. 電場下における片側縁き裂を有する圧電セラミックスの三点曲げによる破壊・疲労挙動を解明・考察した. (1)遅れ破壊試験・有限要素解析を行い, エネルギー解放率(局所分極回転の影響考慮)及び破断時間に及ぼす電場の影響を解明した. (2)動疲労(定負荷速度)試験を行い, 破壊荷重及びき裂長さに及ぼす電場の影響を解明した. また, エネルギー解放率の有限要素解析を行い, き裂進展速度との関連を明らかにして, 実験結果に理論的検討を加えた.
3. (1) 電場下における部分分極多層圧電薄膜アクチュエータの電極端近傍電気力学場集中を実験・有限要素解析(圧縮応力の影響考慮)によって解明し, 完全分極の場合と比較・検討した.
(2) 圧電薄膜システムの物性評価及び応力・電場集中に関する実験・有限要素解析を行い, 興味ある結果を得た.
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