2022 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanistic study of impact penetration of two-dimensional materials due to high-velocity injection of nanoparticles
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20K20966
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
米津 明生 中央大学, 理工学部, 教授 (40398566)
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2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノ・マイクロ材料力学 / 衝撃貫通破壊 / 二次元原子膜 / ひずみ速度依存性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では代表的な2次元材料である単層グラフェンに対するナノ細孔の加工技術を開発し，ナノポーラスグラフェンを創製することを目的とする．具体的にはナノ粒子を高速でグラフェンへ衝突させて貫通させることにより，ナノ細孔を形成させる．すなわち，ナノ粒子貫通の破壊現象を加工技術として用いる．本手法はパルスレーザーのアブレーション源によってナノ粒子やマイクロ粒子を高速射出させる技術を開発する．今年度では，粒子発射台の改良やアブレーション源の最適化を行い，高速度カメラで計測したところ1000m/s以上の速度に達することが分かった．これまでの成果としてバルク金属材料やバルクポリマー材の検討を進めて，その成果を国際学術誌（査読付き）へ投稿した．特に耐衝撃性に優れたポリカーボネートについても実験を行い，大きなひずみ速度依存性を有することを明らかにし，分子動力学計算（MD計算）を用いて変形速度依存性を分子鎖の変形過程から明らかにし，ひずみ速度依存性の発現メカニズムを明らかにした．そして，バルク金属に対しても実験を進めて，超高速衝突では金属組織の結晶構造が変化することを明らかにした．特にナノ結晶やナノ双晶を発生できることを実験的に証明でき，材料の表面改質法として本技術を展開できる可能性を示した．
さらにグラフェンに対してナノ粒子の接触および衝突実験を行い，またMD計算からグラフェンの破壊挙動について明らかにすることができた．別途行ったAFM実験によって，グラフェンおよび酸化グラフェンの荷重変位曲線を取得し，また貫通孔の形態を調べるとともにMD計算から考察した．
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