先端圧電材料・薄膜システムのデバイスメゾ設計と強度・機能評価

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18360052
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 進藤 裕英 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90111252)
• 研究分担者: 成田 史生 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (10312604)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2009
• キーワード: 圧電材料力学 / メゾ強度・機能学 / 数値シミュレーション / 材料試験 / 圧電材料・薄膜システム / 電場・力学場相互干渉 / 知的・電子材料システム / マイクロ・ナノデバイス

研究概要

本研究は,次世代知的電子システム,高性能マイクロ・ナノデバイス等の設計法及び信頼性・耐久性評価法を開発することを目的に,先端圧電材料・薄膜システムの電気力学特性及び破壊・疲労特性等に及ぼす電場及び分域壁移動・分極回転の影響を理論・実験両面から解明したものである.

研究成果

• [雑誌論文] Electric Delayed Fracture and Localized Polarization Switching of Cracked Piezoelectric Ceramics in Three-Point Bending (2010)
  • 著者名/発表者名: F. Narita, Y. Shindo, M. Hirama
  • 雑誌名: International Journal of Damage Mechanics 19 ページ: 285-300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatigue Crack Propagation in Three-Point Bending Piezoceramics under Electromechanical Loading (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, M. Hirama
  • 雑誌名: AES Technical Reviews Journals, Part B : International Journal of Advances in Mechanics and Applications of Industrial Materials 1-1 ページ: 11-21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear Dynamic Bending and Self-Sensing of Clamped-Clamped Functionally Graded Piezoelectric Transducers under AC Voltage (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, J. Nakagawa
  • 雑誌名: Mechanics of Advanced Materials and Structures 16-7 ページ: 536-541
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electromechanical Field Concentrations near the Electrode Tip in Partially Poled Multilayer Piezo-Film Actuators (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, M. Hirama
  • 雑誌名: Smart Materials and Structures 18 ページ: 085020(7)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Fatigue of Cracked Piezoelectric Ceramics under Electromechanical Loading : Three-Point Bending Test and Finite Element Analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, M. Hirama
  • 雑誌名: Journal of Mechanics of Materials and Structures 4-4 ページ: 719-729
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the Electrical Boundary Condition at the Crack Face on the Mode I Energy Release Rate in Piezoelectric Ceramics (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, M. Hirama
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 94 ページ: 081902(3)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Electromechanical Response and Self-Sensing of Functionally Graded Piezoelectric Cantilever Transducers (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, J. Nakagawa
  • 雑誌名: Journal of Intelligent Material Systems and Structures 20-1 ページ: 119-126
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electroelastic Intensification and Domain Switching near Plane Strain Crack in Rectangular Piezoelectric Material (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, F. Saito
  • 雑誌名: Journal of Mechanics of Materials and Structures 2-8 ページ: 1525-1540
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nonlinear Bending Characteristics and Sound Pressure Level of Functionally Graded Piezoelectric Actuators by AC Electric Fields : Simulation and Experiment (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, J. Nakagawa
  • 雑誌名: Smart Materials and Structures 16 ページ: 2296-2301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characteristics of Detection and Response in Functionally Graded Piezoelectric Sensors and Actuators (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, J. Nakagawa, Y. Mito
  • 雑誌名: AES Technical Reviews Journals, Part B : International Journal of Advances in Mechanics and Applications of Industrial Materials 1-1 ページ: 79-86
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cyclic Fatigue Crack Growth in Three-Point Bending PZT Ceramics under Electromechanical Loading (2007)
  • 著者名/発表者名: F. Narita, Y. Shindo, F. Saito
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 90-8 ページ: 2517-2524
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electroelastic Field Concentrations and Polarization Switching Induced by Circular Electrode at the Interface of Piezoelectric Disk Composites (2007)
  • 著者名/発表者名: F. Narita, Y. Shindo, M. Mikami
  • 雑誌名: European Journal of Mechanics, A/Solids 26-3 ページ: 394-404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Axially Poled Solid Cylinder under Tension with a Flat Annular Crack (2007)
  • 著者名/発表者名: F. Narita, Y. Shindo, S. Lin
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Angewandte Mathematik und Mechanik 87-4 ページ: 278-289
  • 査読あり
• [雑誌論文] Static Fatigue Behavior of Cracked Piezoelectric Ceramics in Three-Point Bending under Electric Fields (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, F. Saito
  • 雑誌名: Journal of the European Ceramic Society 27-10 ページ: 3135-3140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Testing and Analysis of High Frequency Electroelastic Characteristics of Piezoelectric Transformers (2007)
  • 著者名/発表者名: F. Narita, Y. Shindo, F. Saito, M. Mikami
  • 雑誌名: Archives of Mechanics 59-2 ページ: 119-131
  • 査読あり
• [学会発表] 片側縁き裂を有する圧電セラミックスの三点曲げ疲労挙動に及ぼす電場・分極の影響 (2009)
  • 著者名/発表者名: 進藤裕英, 成田史生
  • 学会等名: 第14回破壊力学シンポジウム
  • 発表場所: 大濱信泉記念館
  • 年月日: 20091023-20091024
• [学会発表] Effects of Electric Field and Poling on Fatigue Behavior of PZT Ceramics with Single-Edge Crack by Three-Point Bending (Invited) (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita
  • 学会等名: IUTAM Symposium, Multiscale Modelling of Fatigue, Damage, and Fracture in Smart Materials Systems
  • 発表場所: TU Bergakademie Freiberg, Germany
  • 年月日: 20090901-20090904
• [学会発表] 電場下におけるき裂を有する圧電セラミックスの三点曲げによる遅れ破壊・局所分極回転 (2009)
  • 著者名/発表者名: 成田史生, 進藤裕英
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2009材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター "SORA"
  • 年月日: 20090724-20090726
• [学会発表] Delayed Fracture of Cracked Piezoelectric Ceramics under Electromechanical Loading in Three-Point Bending (Kyenote) (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, M. Hirama
  • 学会等名: The 12th International Conference on Fracture
  • 発表場所: Ottawa, Canada
  • 年月日: 20090712-20090717
• [学会発表] Mode I Energy Release Rate in Cracked Piezoelectric Ceramics under Electric Fields (Kyenote) (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita
  • 学会等名: Third International Conference on Advances and Trends in Engineering Materials and their Applications
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20090706-20090710
• [学会発表] 傾斜機能圧電カンチレバーの非線形動的応答特性と自己センシング (2009)
  • 著者名/発表者名: 成田史生, 進藤裕英
  • 学会等名: 日本金属学会2009年春期 (第144回) 大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • 年月日: 20090328-20090330
• [学会発表] Electromechanical Response and Polarization Switching of Electroded Piezoelectric Material Systems (Invited) (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita
  • 学会等名: The Third Symposium on Piezoelectricity, Acoustic Waves, and Device Applications
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 20081205-20081208
• [学会発表] 部分電極を有する多層圧電薄膜アクチュエータの応答特性に及ぼす電場・分極の影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 成田史生, 進藤裕英, 平間充
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2008材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 20080916-20080918
• [学会発表] Fatigue Crack Propagation in Three-Point Bending Piezoceramics under Electromechanical Loading (Kyenote) (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, M. Hirama
  • 学会等名: International Conference on Advances and Trends in Engineering Materials and their Applications
  • 発表場所: Cesena, Italy
  • 年月日: 20080901-20080905
• [学会発表] Mechanical Behavior of Electroded Piezoelectric Material Systems for Smart Device Applications (Plenary) (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo
  • 学会等名: International Conference on Advances and Trends in Engineering Materials and their Applications
  • 発表場所: Cesena, Italy
  • 年月日: 20080901-20080905
• [学会発表] Dynamic Fatigue Behavior of Cracked Piezoelectric Ceramics in Three-Point Bending under Electromechanical Loading (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, M. Hirama
  • 学会等名: 22^<st> International Congress of Theoretical and Applied Mechanics
  • 発表場所: Adelaide, Australia
  • 年月日: 20080824-20080829
• [学会発表] Nonlinear Dynamic Response and Self-Sensing of Functionally Graded Piezoelectric Transducers (2008)
  • 著者名/発表者名: F. Narita, J. Nakagawa, Y. Shindo
  • 学会等名: 22^<st> International Congress of Theoretical and Applied Mechanics
  • 発表場所: Adelaide, Australia
  • 年月日: 20080824-20080829
• [学会発表] 電場下におけるき裂を有する圧電セラミックスの三点曲げによる動疲労挙動 (2008)
  • 著者名/発表者名: 平間充, 進藤裕英, 成田史生
  • 学会等名: 第20回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
  • 発表場所: 別府ビーコンプラザ
  • 年月日: 20080521-20080523
• [学会発表] Effects of Electric Field and Poling on the Response of Multilayer Piezoelectric Film Actuators with Partial Electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, M. Hirama
  • 学会等名: SPIE 15th Annual International Symposium on Smart Structures/NDE
  • 発表場所: San Diego, CA, U.S.A.
  • 年月日: 20080309-20080313
• [学会発表] 電場下における圧電セラミックスの三点曲げによる繰返し疲労き裂進展 (2007)
  • 著者名/発表者名: 成田史生, 進藤裕英
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2007材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 東京大学 生産技術研究所
  • 年月日: 20071024-20071026
• [学会発表] Characteristics of Detection and Response in Functionally Graded Piezoelectric Sensors and Actuators (Kyenote) (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, J. Nakagawa, Y. Mito
  • 学会等名: International Conference on Advances and Trends in Engineering Materials and their Applications
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20070806-20070810
• [学会発表] Nonlinear Dynamic Deflection and Sound Level in Functionally Graded Piezoelectric Actuators under AC Electric Fields (Invited) (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Shindo, F. Narita, J. Nakagawa
  • 学会等名: Fifth International Conference on Nonlinear Mechanics, Mini-Symposium on the Mechanics of Electromagnetic Materials and Structures
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20070611-20070614
• [学会発表] 傾斜機能圧電センサ・アクチュエータの感知・応答特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 中川淳, 成田史生, 進藤裕英, 水戸裕也
  • 学会等名: 第19回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム
  • 発表場所: 早稲田大学 国際会議場
  • 年月日: 20070516-20070518
• [図書] Special Topics in the Theory of Piezoelectricity, 4 Fracture and Crack Mechanics, (Yang, Jiashi (Ed.)) (2009)
  • 著者名/発表者名: Yasuhide Shindo
  • 総ページ数: 81-135
  • 出版者: Springer