| 研究課題/領域番号 |
13450017
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
表面界面物性
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
山中 一司 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00292227)
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| 研究分担者 |
長 秀雄 青山学院大学, 理工学部, 助手 (60296382)
三原 毅 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20174112)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2003
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| 研究課題ステータス |
完了 (2003年度)
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| 配分額 *注記 |
16,200千円 (直接経費: 16,200千円)
2003年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2002年度: 6,500千円 (直接経費: 6,500千円)
2001年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円)
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| キーワード | 超音波原子間力顕微鏡 / 共振スペクトル / 炭素繊維強化樹脂 / 層状結晶の転位 / 長距離運動 / 原子層操作 / 弾性異方性 / 等価実効弾性率 / 内部原子 / 原子間力顕微鏡 / グラファイト / 2硫化モリブデン / 転位 / 非線形 / 振動 / 理論解析 / 刃状転位 / 共振周波数 / 真空 / Q値制御 / 余剰原子面 / 高減衰試料 |
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| 研究概要 |
本研究では、超音波原子間力顕微鏡(UAFM)による表面下の原子層の観察と操作に関する基盤技術の確立を目的として、以下の研究を行った。
まず、UAFMにおける共振スペクトルによる試料の詳細な定量的解析を迅速に行うため、試料各部の共振周波数とQ値の分布を、共振トラッキング回路により迅速に測定できる計測系を提案し、炭素繊維強化樹脂(CFRP)の繊維に適用した結果、従来より100倍以上高速に弾性特性の詳細な分布を映像化できた。次にナノスケールの表面下の原子層の観察技術を確立するために、層状結晶の幅20nmの表面下の転位を明瞭に映像化した。さらにその挙動を解析するために、UAFMの探針による転位に応力を作用させてその挙動を調べた結果、転位の新しい運動として、余剰原子面の弾性的圧縮による転位の可逆的な長距離運動を見出した。これは原子層を操作できたことを意味する。そこで操作過程の定量的解析のため、弾性異方性を考慮した接触弾性の解析を行った結果、UAFMによる均質異方性弾性体の厳密な解析にはFEM解析が必要であることを見出した。しかし、荷重が押し込み距離の3/2乗に比例することに着目して等価実効弾性率を定式化し、ヘルツの理論と同様な簡便な式を用いて異方性弾性体の無欠陥部における共振周波数の荷重依存性を高精度に再現する解析法を定式化した。さらに、血管を含んだ異方性弾性体のFEM解析を行い、荷重-押し込み距離特性から計算した接触弾性を共振周波数に換算して、グラファイト単結晶の欠陥部で得られた測定値と比較した結果、表面下の幅20nm程度のき裂状欠陥を定量的に解析できることを明らかにした。
以上の研究による表面下の原子層の観察と操作に関する基盤技術を確立でき、当初の目的を達成した。
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