その場観察・解析ナノメカニカルラボによるナノ薄膜の破壊機構と寸法効果の解明

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23246026
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 箕島 弘二 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50174107)
• 研究分担者: 平方 寛之 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40362454) ; 米津 明生 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (40398566)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: マイクロ材料力学 / 材料強度学 / 薄膜 / 破壊 / 疲労 / クリープ

研究概要

本研究では，基板から自立した厚さ100 nmオーダーの金属薄膜（ナノ薄膜）を対象として，制御された力学的負荷条件下において，き裂先端などの応力集中場における変形・破壊のその場観察と微視的構造解析が可能なその場観察・解析ナノメカニカルラボを開発し，これを基に実験・観察・解析を通じて，ナノ薄膜の破壊機構と強度の支配力学の解明を試みた。その結果，銅ナノ薄膜において，膜厚の減少に伴い破壊じん性が低下する膜厚効果，き裂前方の入込み・突出し状損傷を経由して進展する疲労き裂進展機構，疲労き裂開閉口の存在と疲労き裂進展特性に及ぼす影響，およびアルミニウムナノ薄膜のクリープ特性に及ぼす膜厚効果等を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Mechanics of fatigue crack propagation in submicron-thick freestanding copper films (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Hirakata, Toshiyuki Kondo, Masayuki Sakihara, Kohji Minoshima
  • 雑誌名: Advanced Materials Research 巻: Vols.891-892 ページ: 1681-1687
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.891-892.1681
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of stress ratio on fatigue crack propagation properties of submicron-thick freestanding copper films (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Kondo, Takahiro Imaoka, Hiroyuki Hirakata, Masayuki Sakihara, Kohji Minoshima
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: Vol.61 ページ: 6310-6327
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2013.07.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] The effect of thickness on steady state creep properties of freestanding aluminum nano-films (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Hirakata, Naomichi Fukuhara, Shoichi Ajioka, Akio Yonezu, Masayuki Sakihara, Kohji Minoshima
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: Vol.60 ページ: 4438-4447
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2012.04.036
  • 査読あり
• [雑誌論文] 自立ナノ薄膜の疲労き裂進展試験法の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 近藤 俊之, 今岡 貴裕, 平方 寛之, 米津 明生, 﨑原 雅之, 箕島 弘二
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集A編 巻: Vol.78 ページ: 808-816
  • DOI: 10.1299/kikaia.78.808
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size effect on fracture toughness of freestanding copper nano-films (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Hirakata, Osamu Nishijima, Naomichi Fukuhara, Toshiyuki Kondo, Akio Yonezu, Kohji Minoshima
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering A 巻: Vol.528 ページ: 8120-8127
  • DOI: 10.1016/j.msea.2011.07.071
  • 査読あり
• [学会発表] Mechanics of fatigue crack propagation in submicron-thick freestanding copper films (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Hirakata, Toshiyuki Kondo, Masayuki Sakihara, Kohji Minoshima
  • 学会等名: 11th International Fatigue Congress (Fatigue 2014)
  • 発表場所: Melbourne Australia
  • 年月日: 20140302-07
• [学会発表] 自立銅ナノ薄膜の疲労き裂進展過程のその場FESEM 観察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 近藤俊之, 平方寛之, 﨑原雅之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2013材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 岐阜大学
  • 年月日: 20131012-14
• [学会発表] ナノ観察とEBSD 援用応力解析による自立銅ナノ薄膜の疲労損傷発生機構の解明 (2013)
  • 著者名/発表者名: 近藤俊之, 畢暁晨, 田村拓, 平方寛之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本材料学会第62期学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 20130518-19
• [学会発表] 自立Cu ナノ薄膜の疲労き裂進展特性に及ぼす膜厚効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 今岡貴裕, 近藤俊之, 平方寛之, 米津明生, 崎原雅之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本材料学会第31回疲労シンポジウム
  • 発表場所: 慶応義塾大学
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] ナノメートル厚金属薄膜の破壊じん性に及ぼす膜厚効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平方寛之, 近藤俊之, 竹田裕紀, 河尻隆宏, 米津明生, 箕島弘二
  • 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
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] 自立Cu ナノ薄膜の疲労き裂進展の下限界特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 近藤俊之, 今岡貴裕, 平方寛之, 米津明生, 崎原雅之, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本材料学会第61期学術講演会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2012-05-27
• [学会発表] Size effects on creep property in aluminum nano-films (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Hirakata, Naomichi Fukuhara, Akio Yonezu, Kohji Minoshima
  • 学会等名: Asia Pacific Conference on Fracture and Strength - Mechanics and Materials (APCFS-MM 2012)
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2012-05-15
• [学会発表] Effects of stress ratio on fatigue crack propagation in freestanding Cu nano-films (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Kondo, Takahiro Imaoka, Hiroyuki Hirakata, Akio Yonezu, Masayuki Sakihara, Kohji Minoshima
  • 学会等名: Asia Pacific Conference on Fracture and Strength - Mechanics and Materials (APCFS-MM 2012)
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2012-05-15
• [学会発表] 自立Cu ナノ薄膜の疲労き裂進展における膜厚効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平方寛之, 近藤俊之, 西嶋修, 米津明生, 箕島弘二
  • 学会等名: 日本機械学会第3回マイクロ・ナノ工学シンポジウム
  • 発表場所: タワーホール船堀(東京)
  • 年月日: 2011-09-27
• [学会発表] Fatigue crack propagation in freestanding copper nano-films (2011)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Kondo, Takahiro Imaoka, Hiroyuki Hirakata, Akio Yonezu, Masayuki Sakihara, Kohji Minoshima
  • 学会等名: International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2011 (ATEM'11)
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 2011-09-20
• [備考] ホームページ
  • URL: http://www-micro.mech.eng.osaka-u.ac.jp/home.html