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材料物性学

微小材料の強度特性を明らかにすることを目的として、サブミクロンからナノスケールの微小要素およびその界面の力学挙動についての実験と解析をおこなっています。

透過型電子顕微鏡及び原子間力顕微鏡を用いたサブミクロン微小要素の界面はく離試験や変形特性評価試験、量子力学電子/原子解析によるナノ低次元構造材料の理想構造強度解析、分子動力学法によるナノ構造体の変形特性解析などにより、微小材料の力学についてのマルチスケールアプローチをおこなっています。

教員

* メールアドレスの後ろに .kyoto-u.ac.jp を補ってください。

北村 隆行 ( Takayuki KITAMURA )

北村 隆行教授(工学研究科)

研究テーマ

微小な機械を作るためには、微小な構造材料の強さを知らなくてはなりません。そこで、界面強度に着目した薄膜や極細線の変形・破壊実験をおこなうとともに、分子動力学法や有限要素法等によるマルチスケール計算機シミュレーションによって破壊機構の解析をおこなっています。

連絡先

桂キャンパス C3棟c2S01室
TEL: 075-383-3618
FAX: 075-383-3618
E-mail: kitamuraアットマークkues

澄川 貴志 ( Takashi SUMIGAWA )

澄川 貴志准教授(工学研究科)

研究テーマ

ナノ・サブミクロンスケールの微小材料や要素集合体に対する実験や解析によって、その変形・破壊特性を力学的・結晶学的な観点から明らかにする研究を行っています。

連絡先

桂キャンパス C3棟c2S02室
TEL: 075-383-3619
FAX: 075-383-3619
E-mail: sumigawaアットマークcyber.kues

嶋田 隆広 ( Takahiro SHIMADA )

嶋田 隆広助教(工学研究科)

研究テーマ

第一原理解析、分子動力学解析等を用いてナノスケールの微小材料の強度特性ならびにマルチフィジックス特性(強誘電特性・磁気特性と機械的特性間の相互作用)に関する研究を行っています。

連絡先

桂キャンパス C3棟c2N01室
TEL: 075-383-3621
FAX: 075-383-3621
E-mail: shimadaアットマークcyber.kues

研究テーマ・開発紹介

透過型電子顕微鏡内その場観察試験によるナノ薄膜の界面強度特性評価

先進LSIなどの電子デバイスの内部は、複雑な多層構造となっています。このような構造では異種材料の境界部(界面)における“はく離”が問題となっており、そのメカニズムを解明が必要となります。
本研究室では、数十~数百ナノサイズの薄膜に対する界面はく離試験と有限要素法(FEM)を用いた力学解析により、その強度特性を明らかにする研究を行っています。本研究室が所有する透過型電子顕微鏡(TEM)には超微小荷重を与えることのできる試験機構が組み込まれており、高倍率でのその場観察を行いながらはく離試験を行うことができます。

ナノ要素集合薄膜の変形特性評価

近年、マイクロ・ナノメートルサイズの構造を有する材料が注目を集めています。これらの材料の力学特性を評価するためには、同レベルサイズの微小な試験片を用いた実験が有効です。

本研究室では、ナノ要素集合薄膜の変形・破壊特性を明らかにする研究を行っています。原子間力顕微鏡(AFM)に負荷装置を組み込んだ試験機により、微小試験片に負荷を与えてその特性を得ることができます。下図は、ナノらせん要素集合薄膜から切り出した微小試験片に対して、異なる二方向から負荷試験を行った結果です。

第一原理計算に基づく強誘電材料のマルチフィジックス解析

強誘電薄膜では基板材料との格子ミスマッチにより大きなひずみが発生し、それが電気的特性の劣化や致命的欠陥につながるおそれがあります。さらに、厚さ数ナノメートルの微小な薄膜では表面・界面の影響も無視できません。

本研究室では、第一原理計算(量子力学に基づく厳密な解析)を用いて、微小材料の変形にともなう電気的特性の変化(マルチフィジックス特性)を原子・電子のレベルから明らかにする研究を行っています。下図は、引張り/圧縮変形下における強誘電体表面の強誘電特性変化を解析した結果です。

その他の研究テーマ

上記の他にも、以下のような研究テーマに取組んでいます。

  1. 高分解電子顕微鏡内その場観察下でのsingle digitナノスケール場の破壊じん性評価
  2. マイクロ・サブミクロン金属材料の疲労前駆現象・疲労破壊特性評価
  3. ナノ材料の引張強度特性評価
  4. 曲部を有するカーボンナノチューブのひずみ集中の評価
  5. ナノカーボン構造体における非線形局在モードに関する分子動力学解析
  6. 第一原理計算に基づくナノ構造材料の理想強度解析
  7. 分子動力学法によるアモルファス金属の引張変形シミュレーション