ナノ形態・局所力学場制御とその場観察によるナノ材料のクリープ特性の解明

• 研究課題/領域番号: 26289007
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平方 寛之 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40362454)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2014年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
• キーワード: マイクロ・ナノ材料力学 / ナノ構造 / クリープ / 材料強度 / ナノマイクロ材料力学 / 材料強度学

研究成果の概要

本研究では，基板上に成長させた「くの字」型ナノコラムに対するクリープ実験を実施した．形状をくの字にすることで曲がり部とナノコラム／基板界面に応力集中させることを意図している．TiおよびTa2O5ナノコラムは室温下でクリープ変形して応力集中部である曲がり部や界面で破壊した．ナノコラムのクリープを考慮した応力解析を実施して，ナノスケールの応力集中場が破断寿命を支配することを明らかにした．さらに，大気中および真空環境下でのクリープ実験を実施して，ナノコラムのクリープは水分や酸素などの大気環境により大きく加速することを明らかにした．

研究成果

• [雑誌論文] Mechanics of fracture at nanoscale stress concentrated sites in titanium doglegged nanocolumn (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki HIRAKATA, Kyosuke TAKEUCHI, Kohji MINOSHIMA
  • 雑誌名: Engineering Fracture Mechanics 巻: 未定 ページ: 168-183
  • DOI: 10.1016/j.engfracmech.2015.04.007
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Creep and fracture of structured nanocolumns grown on a substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hirakata, T. Tagami, K. Minoshima
  • 雑誌名: Procedia Materials Science 巻: 3 ページ: 385-390
  • DOI: 10.1016/j.mspro.2014.06.065
  • 査読あり
• [学会発表] サブミクロン金単結晶の引張クリープ特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 新原康介, 近藤俊之, 平方寛之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第92期定時総会講演会
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2017-03-13
• [学会発表] 金単結晶サブミクロン構造体の引張クリープ特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 新原康介, 近藤俊之, 平方寛之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2016材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2016-10-08
• [学会発表] チタンナノコラムのクリープ特性に及ぼす真空環境効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹山翔太郎, 近藤俊之, 平方寛之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第91期定時総会講演会
  • 発表場所: 大阪電気通信大学
  • 年月日: 2016-03-12
• [学会発表] ナノコラム構造体の変形と強度に及ぼす環境効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平方寛之, 竹山翔太郎, 近藤俊之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2015材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 慶應義塾大学
  • 年月日: 2015-11-21
• [学会発表] ナノコラム構造体の室温下時間依存型変形に及ぼす真空環境効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平方寛之, 竹山翔太郎, 近藤俊之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会2015年度年次大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] 真空環境下におけるナノコラム構造体のクリープ特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹山翔太郎, 間部透, 近藤俊之, 平方寛之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本材料学会第64期学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
  • 年月日: 2015-05-23
• [学会発表] 自立金ナノ薄膜のクリープき裂伝ぱ特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 亀山拓史, 小峠諒太, 近藤俊之, 平方寛之, 崎原雅之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第90期定時総会講演会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [学会発表] 基板形状援用斜め蒸着法による寸法制御ナノコラムの作製と強度実験法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鬼崎光平, 近藤俊之, 平方寛之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第90期定時総会講演会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [学会発表] ナノ形状・局所応力場制御によるチタンナノコラムの破壊特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹内恭介, 近藤俊之, 平方寛之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第90期定時総会講演会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [学会発表] 斜め蒸着法を用いたナノ構造・局所応力場制御によるナノ材料の強度評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平方寛之, 竹内恭介, 箕島弘二
  • 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: 京都テルサ
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-28
• [学会発表] ナノ形態・応力場制御によるチタンナノコラムの強度評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 竹内恭介, 平方寛之, 箕島弘二
  • 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: 福島大学
  • 年月日: 2014-07-19 – 2014-07-21
• [学会発表] 金属酸化物ナノコラムの室温クリープ特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平方寛之, 田上孟史, 箕島弘二
  • 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: 福島大学
  • 年月日: 2014-07-19 – 2014-07-21
• [学会発表] アルミニウムナノ薄膜のクリープき裂伝ぱの膜厚依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 亀山拓史, 鹿嶋友樹, 崎原雅之, 平方寛之, 箕島弘二
  • 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: 福島大学
  • 年月日: 2014-07-19 – 2014-07-21
• [学会発表] Creep and fracture of structured nanocolums grown on a substrate (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki HIRAKATA, Takeshi TAGAMI, Kohji MINOSHIMA
  • 学会等名: 20th European Conference on Fracture (ECF20）
  • 発表場所: Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway
  • 年月日: 2014-06-30 – 2014-07-04
• [備考] 大阪大学大学院工学研究科 機械工学専攻 マイクロマテリアル工学研究室
  • URL: http://www-micro.mech.eng.osaka-u.ac.jp/home.html
• [備考] 大阪大学大学院工学研究科機械工学専攻 箕島・平方研究室
  • URL: http://www-micro.mech.eng.osaka-u.ac.jp/home.html
• [備考] 大阪大学大学院工学研究科 機械工学専攻 箕島・平方研究室
  • URL: http://www-micro.mech.eng.osaka-u.ac.jp/home.html