形態制御金属ナノ要素配列薄膜の創製と新奇機械特性の階層型解明

• 研究課題/領域番号: 24686018
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 澄川 貴志 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80403989)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 27,300千円 (直接経費: 21,000千円、間接経費: 6,300千円); 2014年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2012年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
• キーワード: 斜め蒸着法 / 銅 / 低温制御動的斜め蒸着装置 / ナノらせん / 薄膜 / 変形 / 破壊 / 疲労 / ナノ / 金属 / 動的斜め蒸着法 / 形態制御薄膜 / 疲労き裂進展 / 変形剛性 / 引張試験 / ナノ要素 / 力学特性 / ナノ構造

研究成果の概要

これまで困難とされてきた銅（Cu）を用いたナノらせん要素配列薄膜を実現することを目的として、成膜時の基板冷却が可能な動的斜め蒸着装置を開発した。材料の融点に対する基板温度の比を0.22以下にすることで、Cuナノらせん要素の形成に成功した。要素単体に対する負荷試験により、ナノらせん要素は寸法の効果によって高い降伏応力を有する一方で、その弾性特性は形状因子のみで支配されていることを明らかにした。また、Cuナノらせん要素配列薄膜は、その要素形状に起因して大きな破断許容ひずみを有しており、1×10＾6サイクルの繰り返し変形では疲労破壊しないことを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Anisotropic elastic properties of chiral sculptured thin films at micro-scale evaluated by resonance frequency spectra (2015)
  • 著者名/発表者名: Hui Fang, Kenta Matsumoto, Takashi Sumigawa, Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: European Journal of Mechanics - A/Solids 巻: 49 ページ: 510-517
  • DOI: 10.1016/j.euromechsol.2014.09.011
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Delamination Crack Initiation from Copper/Silicon Nitride Interface Edge with Nano-scaled Stress Singular Field (2014)
  • 著者名/発表者名: Emi Kawai, Kazunori Sanada, Takashi Sumigawa, Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: Engineering Fracture Mechanics 巻: 120 ページ: 60-66
  • DOI: 10.1016/j.engfracmech.2014.02.001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation of Slip Bands in Nano-polycrystalline Copper under High-Cycle Fatigue of Si/Ti/Cu/SiN Nanoscale Material (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa, Kenta Matsumoto, Hui Fang, Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: Material Science and Engineering A 巻: 608 ページ: 221-228
  • DOI: 10.1016/j.msea.2014.04.085
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Size dependence of fatigue damage in sub-micrometer single crystal gold (2014)
  • 著者名/発表者名: Hui Fang, Ryosuke Shiohara, Takashi Sumigawa, Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: Material Science and Engineering A 巻: 618 ページ: 416-423
  • DOI: 10.1016/j.msea.2014.09.017
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crack Initiation Site at the Interface between a Nano-Component and Substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Van Lich Le, Takashi Sumigawa, Van Truong Do, Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: JSME Mechanical Engineering Journal 巻: 1(5)
  • NAID: 130004700099
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Strength Evaluation of Selected Interface in Multi-layered Nano-material (2014)
  • 著者名/発表者名: Yan Yabin, Takashi Sumigawa, Licheng Guo, Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: Engineering Fracture Mechanics 巻: 116 ページ: 204-212
  • DOI: 10.1016/j.engfracmech.2013.12.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristic Feature of Slip Bands in Submicron Single Crystal Gold in Fatigue (2013)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 61 号: 7 ページ: 2692-2700
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2013.01.053
  • 査読あり
• [雑誌論文] ナノロッドの引張試験手法の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志，Yabin Yan，中野拓哉，北村隆行
  • 雑誌名: 材料 巻: 62 号: 11 ページ: 695-701
  • DOI: 10.2472/jsms.62.695
  • NAID: 130003384107
  • ISSN: 0514-5163, 1880-7488
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Microscopic Structure on Deformation in Nano-sized Copper and Cu/Si Interfacial Cracking (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sumigawa, et al.
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 531 ページ: 362-372
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatigue of 1 μm-scale gold by Vibration with Reduced Resonant Frequency (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sumigawa, et al.
  • 雑誌名: Material Science and Engineering A 巻: 556 ページ: 429-436
  • 査読あり
• [学会発表] 動的斜め蒸着法で作製したらせん型ナノ要素単体の引張変形特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 幸下哲也
  • 学会等名: 機械学会関西学生会平成 26 年度学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-03-14
• [学会発表] 異材界面に挿入したナノ要素集合薄膜の破壊基準 (2015)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] 動的斜め蒸着法で作製したSiらせん型ナノ要素単体の変形特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志
  • 学会等名: 第58回日本学術会議材料工学連合講演会
  • 発表場所: 京都市 京都テルサ
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-28
• [学会発表] 金属らせん型ナノ要素集合薄膜の力学特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 櫻井敦司
  • 学会等名: 第58回日本学術会議材料工学連合講演会
  • 発表場所: 京都市 京都テルサ
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-28
• [学会発表] Effect of Microscopic Structure on High-cycle Fatigue Behavior in Nano-components (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa
  • 学会等名: Fatigue2014
  • 発表場所: Melborne (Australia)
• [学会発表] ナノ・マイクロ微小構造体に対する機械強度評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志
  • 学会等名: 第19回「エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術」シンポジウム
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜市)(招待講演)
  • 年月日: 2013-01-30
• [学会発表] 金単結晶ナノロッドの引張特性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2014 材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 岐阜大学
• [学会発表] Si/Cu/SiNナノ構造体に対する共振疲労試験手法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2012 材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 愛媛大学(愛媛市)
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] 金ナノロッドの機械特性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志
  • 学会等名: 日本機械学会 2012年度年次大会
  • 発表場所: 金沢大学(金沢市)
  • 年月日: 2012-09-11
• [学会発表] 超微小試験片の作製と力学実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志
  • 学会等名: (社)日本溶接学会第101回マイクロ接合研究委員会
  • 発表場所: 大阪大学(吹田市)(招待講演)
  • 年月日: 2012-09-04
• [学会発表] 力学的形状設計を施したナノ試験片に対する微小負荷試験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志
  • 学会等名: 社)日本材料学会第61期破壊力学部門委員会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山市)(招待講演)
  • 年月日: 2012-05-25
• [学会発表] In-situ TEM Observation on Fracture of Dissimilar Interface in Nanoscale Component (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sumigawa
  • 学会等名: Asian Pacific Conference on Fracture and Strength-Mechanics and Materials
  • 発表場所: Bexico (Busan, KOREA)(招待講演)
  • 年月日: 2012-05-16
• [学会発表] Fatigue and Fracture Criterion in Nano-Components (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sumigawa
  • 学会等名: IUTAM Symposium Advanced Materials Modeling for Structures
  • 発表場所: MINES Paris Tech(Paris, FRANCE)(招待講演)
  • 年月日: 2012-04-26
• [図書] The Transmission Electron Microscope, Dr. Khan Maaz (Ed.) (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sumigawa, T. Kitamura
  • 総ページ数: 380
  • 出版者: InTech
• [備考] 京都大学大学院工学研究科 北村研究室ホームページ
  • URL: http://kitamura-lab2.p2.weblife.me/
• [備考]
  • URL: http://kitamura-lab.p1.bindsite.jp/kyoto-u/
• [産業財産権] ナノオーダ構造体の製造方法および製造装置、並びにナノオーダ構造体を有する基板構造体 (2014)
  • 発明者名: 澄川貴志、北村隆行、谷江尚史
  • 権利者名: 澄川貴志、北村隆行、谷江尚史
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-214096
  • 出願年月日: 2014-10-21