• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2020 年度 実施状況報告書

高速飛翔ナノ粒子による2次元原子薄膜への貫通の力学研究とナノポーラス化への展開

研究課題

研究課題/領域番号 20K20966
研究機関中央大学

研究代表者

米津 明生  中央大学, 理工学部, 教授 (40398566)

研究期間 (年度) 2020-07-30 – 2023-03-31
キーワードナノ・マイクロ材料力学 / 衝撃貫通破壊 / 二次元原子薄膜
研究実績の概要

本研究では代表的な2次元材料である単層グラフェンに対するナノ細孔の加工技術を開発し,ナノポーラスグラフェンを創製することを目的とする.具体的にはナノ粒子を高速でグラフェンへ衝突させて貫通させることにより,ナノ細孔を形成させる.すなわち,ナノ粒子貫通の破壊現象を加工技術として用いる.
本年度はナノ粒子の射出のためのレーザーインパクト法を開発した.強力なパルスレーザーによるアブレーション源によってナノ粒子やマイクロ粒子を射出させる独自の技術であり,その速度は最高で500m/s以上に達することがわかった.2020年度は各レーザーエネルギーに対して,粒子が発射する表面,つまり発射台の面外変位速度をレーザー変位計で計測することで,暫定的に射出速度を算出した.その結果,レーザーエネルギーに対して比例的に変位速度が上昇することが分かり,再現性の良い粒子発射台を完成できた.
さらにマイクロ粒子を用いた検証により,金属材料の表面に対して高速なひずみ速度における塑性変形を誘起させることが可能となり,グラフェン貫通に対して十分な運動量を得ることができた.また,分子動力学計算(Molecular Dynamics Simulation:MD計算)を用いて,グラフェンに対してナノ粒子の高速な衝突破壊現象を計算力学的に再現することを可能とした.学会発表として「マイクロ粒子の高速衝突による塑性変形挙動」「分子動力学による高速飛翔ナノ材料のグラフェンへの貫通解析」などがある.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

計画とおり,装置開発が実施でき,おおよその性能も検証できた.

今後の研究の推進方策

前年度の進捗と計画に基づき,研究を進めていく予定である.具体的には,1)粒子射出のための装置の完成を目指す.ここでは,マイクロ粒子およびナノ粒子を再現良く射出できる技術を目指し,また粒子速度を計測することでナノ・マイクロスケールの衝突力学現象を解明するための情報を得る.そして,2)マイクロ粒子での性能検証のための金属材料の塑性変形研究を実施する.ここでは,バルク金属材料を予備試験片として,その高速変形挙動を調べることで高ひずみ速度域での材料構成則導出などの研究に発展しつつ,本技術の確立を目指している.つぎに3)ナノ粒子の配列に関する研究であり,射出前のナノ粒子の配列が,ナノポア生成の配置に大きく影響する.そして最後に4)ナノ粒子と単層グラフェンに関する研究を行う ことで本研究課題の達成を目指す.

次年度使用額が生じた理由

真空用ポンプは,装置仕様の詳細決定が難しいため,新品導入ではなく既存装置の改良によって対応することで初期検討としての開発を進めた.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] コロンビア大学/アリゾナ州立大学(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      コロンビア大学/アリゾナ州立大学
  • [雑誌論文] Evaluation of adhesion durability of Ni?P coating using repeated Laser Shock Adhesion Test2020

    • 著者名/発表者名
      Kanamori Kohei、Kimoto Yoshikatsu、Toriumi Shuto、Yonezu Akio
    • 雑誌名

      Surface and Coatings Technology

      巻: 396 ページ: 125953~125953

    • DOI

      10.1016/j.surfcoat.2020.125953

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Indentation failure of polymeric membrane with anisotropic pore structures2020

    • 著者名/発表者名
      Emori Kanako、Miura Tatsuma、Nagakura Takumi、Yonezu Akio
    • 雑誌名

      Engineering Failure Analysis

      巻: 115 ページ: 104620~104620

    • DOI

      10.1016/j.engfailanal.2020.104620

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Moisture-Driven CO2 Sorbents2020

    • 著者名/発表者名
      Shi Xiaoyang、Xiao Hang、Kanamori Kohei、Yonezu Akio、Lackner Klaus S.、Chen Xi
    • 雑誌名

      Joule

      巻: 4 ページ: 1823~1837

    • DOI

      10.1016/j.joule.2020.07.005

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Adhesion Durability Evaluation of Surface Coatings Using Repeated Laser Shock-wave Adhesion Test2020

    • 著者名/発表者名
      Kanamori Kohei、Saito Yusaku、Yamada Takeshi、Yonezu Akio、Chen Xi
    • 雑誌名

      Journal of Nondestructive Evaluation

      巻: 39 ページ: 87-99

    • DOI

      10.1007/s10921-020-00733-x

  • [学会発表] マイクロ粒子の高速衝突による塑性変形挙動2020

    • 著者名/発表者名
      小峰諒馬, 古谷拓己, 米津明生
    • 学会等名
      日本機械学会 材料力学における異分野融合に関する研究会 第11回研究会
  • [学会発表] 分子動力学による高速飛翔ナノ材料のグラフェンへの貫通解析2020

    • 著者名/発表者名
      田中智康, 古谷拓己, 鳥海柊人, 米津明生
    • 学会等名
      日本機械学会 関東支部
  • [学会発表] Molecular Dynamics Study on Interfacial Fracture of Aluminum Alloy and Epoxy Resin Adhesive Subjected to Cyclic Loading2020

    • 著者名/発表者名
      Kohei KANAMORI, Yoshikatsu KIMOTO, Akio YONEZU
    • 学会等名
      ASME2020 International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Interfacial Fatigue Fracture of Dissimilar Metals Studied by Molecular Dynamics Simulation and Experiment2020

    • 著者名/発表者名
      Shuto Toriumi, Kohei KANAMORI, Akio YONEZU
    • 学会等名
      ASME2020 International Mechanical Engineering Congress & Exposition (IMECE2020)
    • 国際学会
  • [備考] 研究室のホームページ

    • URL

      http://mater.mech.chuo-u.ac.jp

  • [備考] 研究者ページ

    • URL

      https://researchers.chuo-u.ac.jp/Profiles/3/0000280/profile.html

  • [備考] 研究者ページ

    • URL

      https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=8StYS_UAAAAJ

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi