| 研究課題/領域番号 |
26220907
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
細田 秀樹 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (10251620)
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| 研究分担者 |
上杉 徳照 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (10405342)
曽根 正人 東京工業大学, 精密工学研究所, 准教授 (30323752)
稲邑 朋也 東京工業大学, 精密工学研究所, 准教授 (60361771)
田原 正樹 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教 (80610146)
舟窪 浩 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (90219080)
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| 研究期間 (年度) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| キーワード | 形状可変材料 / 形状記憶合金 / 圧電体 / ホモ界面 / ドメイン構造 / 相安定性 / 第一原理計算 / 微小材料試験 |
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| 研究実績の概要 |
H26に引き続き[1]ホモ界面の幾何学に対する理論的解析，[2]相安定性とホモ界面の関係の解明，[3]圧電体のホモ界面構造，[4]形状可変材料の力学等の特性評価について研究した． [1]立方晶-斜方晶および立方晶-単斜晶変態における形状記憶合金のホモ界面の幾何学を非線形連続体力学による数値解析でねじれの存在するホモ界面種を理論的に同定した． [2]Ti-Nb合金に加え，Ti-MoおよびTi-Cr合金も対象とし，相境界近傍での第一原理計算より相安定性と変態ひずみに及ぼす55種類の第三元素の影響を定量的に評価した．格子軟化挙動についてはTi-Mo合金でMo濃度の低下に伴いソフトモードが現れることを確認した．また，フォノンのΓ点での固有ベクトルを解析し複数のソフトモードの変位パターンを可視化した．また，実験的には透過型電子顕微鏡による精密方位解析でホモ界面種ごとのねじれモードを解明し，さらにその場観察でホモ界面形成過程を解析し，ねじれが残存するホモ界面は成長するドメインの衝突により形成されること，ドメイン構造とホモ界面分布にはメソスケールの偏りが存在することを明らかにした．さらに，放射光X線を用いたフォノン分散曲線測定のための試料準備を行った．[3]圧電体では，試料作製後の冷却過程で印加されている応力が圧縮か引張かによってドメインの形成過程が変化し，結果的に室温で得られるホモ界面であるドメインの構造が大きく変化することを明らかにした．また印加応力方向により室温での残留歪みが異なり，電界印加時のドメイン構造の変化に大きく影響することを明らかにした．[4]試験温度を可変できるように独自の微小材料試験装置を改造でき，各温度における形状記憶合金の加重－変位曲線の測定に成功した．さらに，Ti-27Nb合金のバルク単結晶試料と微小単結晶試料の変形挙動の方位および温度依存性を明らかにした.
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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
ホモ界面構造については，低倍での電子顕微鏡解析により，ホモ界面の分布とドメイン組織は，ナノ～ミリオーダー渡るマルチスケールな階層性を持っていることが明らかになった．これらはホモ界面の幾何学だけからは想定することができない成果である．また，は第一原理計算ではさらにTi-MoおよびTi-Cr合金も研究対象物質として加え，相境界近傍での相安定性に及ぼす第三元素の影響の調査とフォノンによる格子軟化挙動の評価を順調に進めている．圧電対では，プロブ顕微鏡を用いることによって得られたミクロなドメイン構造解析とX線回折で得られるマクロなドメイン構造解析を結びつけることによって、電界を印可する前後（分極処理前後）の静的なドメイン構造解析を行うことができた．微小試験では，世界で初めて温度可変試験とその直接観察ができるような装置に改造でき，今後の大きな研究進展が望めるため，順調に進展していると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
立方晶－斜方晶変態をモデルケースとしてホモ界面の幾何学は網羅できたので，他項目の進展状況に応じて，これまでの成果を別の晶系に拡張する．
チタン基形状記憶合金ではω相による摩擦が大きな影響を与えている可能性が指摘できたので，第一原理計算でもω相の相安定性に及ぼす第三元素の影響の調査を行う．格子軟化挙動については複数のソフトモードの変位パターンを可視化できているので，βからα”への相変態における原子変位との関連性を調査する．
これまでの研究で，ドメイン組織とホモ界面の分布には，メソスケールの偏りが存在することが明らかになったので，ドメイン組織をナノ～ミリオーダーのマルチスケールで構造解析し，その大域的構造と対称性を明らかにする．特に，SEM内でのその場引張観察を行い，ホモ界面ごとの易動度の差を実験的に明らかにするとともに，ホモ界面でのねじれが易動度に及ぼす影響を明らかにする．
圧電体については，電界印加下のドメイン構造変化の解析を行う予定である．また，透過型電子顕微鏡による原子レベルでのドメイン構造解析を行うことで，詳細なドメイン界面（ホモ界面）の解析を行っていく予定である．これらは微小材料試験による単結晶の変形挙動では，TiNb合金に加え，AuCuAl合金，AuTiCo合金，磁性形状記憶合金NiFeCoGaなどにも拡張し，より多彩な合金で界面移動を明らかにする．
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