| 研究課題/領域番号 |
23246038
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065)
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| 研究分担者 |
三木 寛之 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (80325943)
竹野 貴法 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00451617)
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| 研究期間 (年度) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 導電性硬質炭素膜 / 先端機能デバイス / 機能性コーティング / モニタリング |
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| 研究概要 |
本研究では様々な構造物を対象に、従来の定期的な検査に代わり劣化・損傷の状態を１枚のシートで計測可能な薄膜センサを設計し、長期モニタリングを簡素かつ高度化する基礎原理および要素技術の確立を目指している。
平成２３年度はマルチセンサ薄膜およびセンサ形状の基礎原理について電気特性と磁気特性の２つの観点から検討を行い、外場に対する応答の評価が可能なセンサ材料を提案した。また、非晶質炭素膜（DLC膜）に金属を添加した導電性硬質炭素膜（MeDLC）薄膜を試作し、電気・磁気的特性の評価を行なった。これらの材料はセンサとしての基本的な性能を有しているが、ダメージセンシングにはセンサ特性と劣化状態の相関を定量的に明らかにする必要がある。そのため、平成２４年度にはMo-DLCの繰り返しひずみに対する材料の劣化評価及びセンサ形状と測定感度の関係性評価を実施した。ここでは、繰り返し歪みを付与する振動試験において、曲げ回数と共に抵抗が増加することを明らかにし、膜の部分疲労によって電気抵抗が変化することを定性的に示した。平成２５年度にはMo-DLCの疲労特性評価を検証した。繰り返し歪みを加える振動試験において曲げ回数と共に膜の機械的強度、および膜を構成する炭素間の結合状態が変化することを明らかにした。疲労過程における DLC膜中の金属クラスターの有無が結合状態の変化と関連し、MoDLC膜の電気抵抗が変化する原因として、出力信号の変化が炭素の結合状態に由来する可能性を示し、DLCと金属クラスター周辺の炭素の結合状態が深く関係していることを見出した。
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| 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
平成２５年度までに遂行された研究によって、導電性硬質炭素膜（MeDLC）薄膜およびセンサ形状の基礎原理（H23)、繰り返しひずみに対するMeDLC薄膜の劣化評価及びセンサ形状と測定感度の関係性(H24)、MeDLC膜の疲労・劣化過程のメカニズムの提案と長期間疲労試験による耐久性の評価(H25)の各課題に取り組み、研究で得られた成果を学術論文発表や国内外学会発表を積極的に行うことができた。従って、研究課題の当初目的であるMeDLC薄膜のを用いた疲労センサの有用性を示すことができたことから、上記達成度と評価した。
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| 今後の研究の推進方策 |
添加する金属種と劣化の相関を引き続き定量的に評価するため、高サイクル疲労に対するMeDLCの特性評価を行う。また、特性向上のための複合化ならびに多層化によるマルチセンサ開発を実施する。特に、材料のミクロな構造とマクロなセンサ特性の相関を明らかにする。
1. 高サイクル疲労下における信頼性評価 本研究で提案しているダメージセンシングでは、材料の劣化による信号の変化を適切に評価するため、高サイクル疲労後のセンサの信頼性を高めることが重要である。そこで、センサに及ぼす繰り返し負荷との関係性を評価する。ここでは、材料の経年変化あるいは変化の兆候を抽出するためのセンシングモデルを構築する。
2. マルチセンサ薄膜の開発 マルチセンサ薄膜を用いたモニタリングでは、外場によって変化する微小電流信号を適切に処理し、評価の信頼性を高めることが重要である。具体的には、外場による影響のパラメータ化を行い、電気特性との相関を評価する。
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