| 研究課題/領域番号 |
21H04532
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
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 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
中村 篤智 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20419675)
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| 研究分担者 |
栃木 栄太 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (50709483)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 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 |
42,900千円 (直接経費: 33,000千円、間接経費: 9,900千円)
2023年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2022年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
2021年度: 21,840千円 (直接経費: 16,800千円、間接経費: 5,040千円)
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| キーワード | 結晶塑性 / 固体 / 塑性変形 / 転位 / 結晶 / 力学特性 / 光環境効果 / 力学試験 / 電子顕微鏡 / 外場効果 / 光環境制御 / 光塑性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
環境光が固体物質の強さや脆さに影響を及ぼすことが最近報告されている。しかし、そのメカニズムの多くは未だ不明であり、現在の材料力学・機械材料学分野において、これらを解明することは重要な課題となっている。金属の光電効果に知られるように、光と物質の相互作用は半導体に限らないが、これまでの研究は半導体に関するものが多い。そこで本研究では、金属を含む原子間結合状態の異なる複数の固体物質において、力学試験により光の影響を系統的に調査し、光の影響を理解しメカニズムの解明を試みる。なお、光は表面で物質とより強く相互作用を起こすと考えられるので、表面近傍の評価が可能な微小力学試験を中心に研究を遂行する。
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| 研究実績の概要 |
固体材料に外部から力が加わった際の形状変化、すなわち塑性変形挙動は固体を実用的に利用する上で不可欠な基礎研究である。これまで、多くの無機材料は、室温では塑性変形が困難で脆く壊れやすいと考えられてきたが、代表者らは材料の塑性変形に光環境など材料内部の電子やホールが大きく影響する現象を発見した。とくに、固体材料の強度は原子配列だけでは説明できない点について、量子レベル構造の重要性を論文で報告しており、この分野で世界を先導している状況にある。
光環境の効果に関して、半導体に限らず様々な固体材料の塑性変形挙動について、とりわけ室温に注力して、光がどのような影響を及ぼしているのかを実験的に調査してきた。令和５年度では、結晶方位などの構造的特性および荷重負荷の基点となる最表面に注目して実験研究を実施した。
その結果、結晶の構造的特徴が塑性変形挙動に顕著な影響があり、ミラー対称性の崩れた構造では、力を負荷する向きに依存して、塑性変形挙動が変化することを見出した。また、一部の結晶構造では、構造の向きに依存して、従来想定されていなかった方向に結晶がすべり変形を容易に起こすことを発見した。さらには、構造によって光環境の効果が異なることを見出した。原子レベルにフラットな試料を準備することで、初期の荷重負荷応答を塑性変形良識までほぼ完璧に再現できることを確認した。
これらの結果に基づいて、今後も、材料強度のパラダイムシフトとなる研究をさらに発展させていく予定である。光の効果は材料の原子レベル構造ならびに関連する量子レベル構造と密接に関係していることを発表してきており、従来の「原子配置で材料強度が支配される」という前提を見直す必要がある。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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