| 研究課題/領域番号 |
21H01211
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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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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 九州大学 (2023)
大阪大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
近藤 俊之 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70735042)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
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| キーワード | 材料強度学 / ナノ材料 / 薄膜 / 塑性変形 / 破壊 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
寸法が数μmからサブμmオーダーとなる微小金属材料の強度は寸法に依存するが，その強度発現機構は未解明である．これを解明するためには，巨視的な破壊の機構・強度と，材料内部の損傷の初生・発達過程を含めた微視的なスケールにおける変形・破壊の素過程との対応関係を解明する必要がある．本研究では金属薄膜を対象として，材料表面と材料内部のその場ナノ観察力学試験技術を確立して変形・破壊の巨視的・微視的過程の解明を実現して，破壊機構と強度の寸法効果の発現機構を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
微小金属材料の巨視的な変形・破壊の機構・強度と，材料内部の損傷の初生・発達過程を含めた微視的なスケールにおける変形・破壊過程との対応関係の解明を目的として，厚さがサブμmオーダーの多結晶銅薄膜に対するその場ナノ観察引張・破壊じん性・疲労き裂進展試験を実施した．多結晶銅薄膜の塑性変形抵抗は膜厚に加えて結晶粒径にも依存し，かつ膜厚に応じて結晶粒界強化の傾向が異なった．また，き裂前方の微視的変形・破壊過程は微視組織に依存し，これに起因して巨視的なき裂発生強度・き裂進展特性に結晶粒径の影響が現れることを明らかにした．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
材料の微視組織は変形・破壊の微視的過程と強度に強く影響を及ぼし，これが巨視的スケールにまで発達することで強度が発現する．しかし，微小金属材料においては変形・破壊の微視的過程そのものが解明されておらず，微小金属材料における強度の発現機構の理解は不十分である．本研究の成果は薄膜材料における変形・破壊の微視的過程を明らかにし，巨視的強度の発現機構について新たな知見を与えるものである．これらの知見は，微小金属材料の強度を確保するための材料設計指針を提供するとともに，微小金属材料を部材として用いるマイクロ・ナノデバイスや電子機器の強度設計基準を提供するものであり，学術的にも工業的にも重要なものである．
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