2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21K18674
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
平方 寛之 京都大学, 工学研究科, 教授 (40362454)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
嶋田 隆広 京都大学, 工学研究科, 教授 (20534259)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノマイクロ材料力学 / 原子層材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高強度の原子層材料をゆるやかな相互作用で積層させた多層原子層材料は、破壊することなく巨大な曲げ変形を許容し、大きなヒステリシスを伴いながらも、除荷により完全に形状が復元する。この特異な力学特性の詳細なメカニズムは未解明である。本研究では、多層原子層材料が大変形に対して「なぜ壊れないのか（不破壊性）」および「なぜ復元するのか（自己復元性）」を明らかにして、その背後にある普遍的な力学法則の解明を通じて、高強度であり破壊しにくい材料（イモータル材料）を実現する学術的基盤を確立することを目的とする。
本年度は，前年度に開発した実験方法により引き続き力学試験を行い、可逆的な巨大変形を生み出すメカニズムを解明するとともに、それに基づく力学モデルの構築に取り組んだ。主要な成果として、サブミクロンサイズのグラファイト片持ちはりに対する曲げ試験を実施して、巨大な曲げ変形と除荷による自己復元を定量的に評価した。また、多層原子層材料を相互作用する離散的な層状変形体の積層体としてモデル化し、局所化した層間すべりを再現する力学モデルを構築した。本モデルにより、多層原子層材料の特徴的な変形特性（非線形、ヒステリシス、自己復元）を普遍的に再現できた。
さらに、多層原子層材料であるMoTe2に対して、面内き裂および面外き裂に対する強度特性を評価した。その結果、面内き裂に比べて面外き裂が高じん性であることを明らかにした。実験観察と力学解析に基づいて、離散的な原子層積層構造に起因してき裂先端で局所化した層間すべりが生じ、これによる特異応力場の消失が面外き裂の高じん性をもたらすことを明らかにした。
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