| 研究課題/領域番号 |
20K20966
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 中央大学 |
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研究代表者 |
米津 明生 中央大学, 理工学部, 教授 (40398566)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | グラフェン / レーザー誘起粒子射出法 / AFMナノインデンテーション / ナノポア / 分子動力学 / 衝撃貫通力学 / 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 / 二次元原子薄膜 / ナノ・マイクロ材料強度学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ナノポアを有する2次元材料は，従来材料と比較して驚異的な可能性が計算科学的に示され，新たな工学的応用が期待されている．本研究ではグラフェンなどの2次元材料に対するナノ細孔の加工技術を開発する．具体的にはナノ粒子を高速にグラフェンへ衝突させ，貫通させることによってナノ細孔を形成することで，高速ナノ粒子の貫通破壊を利用したナノ加工原理を創出する．ナノ粒子の高速射出には，レーザーインパクト法を用い，これは強力なパルスレーザーによるアブレーション源によって粒子を射出させる．さらに，分子動力学法を用いてナノ粒子の高速衝突や貫通現象を計算力学的に再現することで，ナノ細孔の加工現象を材料力学的に解明する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では2次元材料の単層グラフェンに適用できるナノ細孔の加工技術を開発し，最終的にはナノポーラスグラフェンの創製を目的とした．具体的には微小粒子を高速でグラフェンへ衝突貫通させることによりナノ細孔を形成する，粒子貫通の破壊現象を加工技術とする．パルスレーザーのアブレーションによって微小粒子を高速射出させる技術を独自に開発した．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．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，さらに分子動力学計算を用いてその破壊挙動やナノ細孔の形成力学を明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
細孔（ナノポア）を有する2次元材料の単層グラフェンは，各種フィルター，海水淡化，DNAシーケンサー，キャパシターなど新たな工学的応用が期待され，実用化に向けた研究がなされている一方，ナノポア加工を実現する技術は開発段階である．本研究では，レーザーアブレーションによるマイクロ・ナノ粒子の高速射出技術を開発し，粒子貫通による細孔加工を提案している．これは少量の粒子群を射出することで，非接触かつ一括でナノポア加工が行えることから開発意義は大きい．また，今までにない超高速なマイクロ・ナノ粒子衝突を実現するため新たな表面改質や材料開発の研究へ応用できると期待されている．
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