基板上のマイクロ・アクチュエーターとマイクロ・センサーの力学挙動シミュレーション

基板上微执行器和微传感器的机械行为仿真

基本信息

批准号：
02F02074
负责人：
北村隆行
金额：
$ 0.26万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,微小電子デバイスと微小アクチュエーターを組み合わせたマイクロコンポーネントの強度特性を理解するため,それを構成するピエゾ薄膜を含む多層膜構造体の変形・破壊現象を明らかにすることを目的としている.まず,ピエゾ材料の基本的なき裂問題についての解析解を導出することに成功し,その成果を雑誌論文にまとめた.つぎに,ピエゾ薄膜を含む多層膜の界面端における特異応力場に着目し,そのフリーエッジ効果による応力拡大を表わす特性式を導出し,その解を求めている.また,数値シミュレーションを行なって,解析結果の有効性を確認している.この成果を国際会議で発表するとともに,雑誌に投稿し,すでに掲載されている.さらに,ピエゾPZT薄膜(膜厚1μm前後)を含む多層膜試料を入手し,微小荷重負荷試験装置を用いて界面端からのき裂発生強度に関する実験を行なっている.上述の特異応力場解析を用いて,破壊力学概念に基づき,実験結果よりき裂発生クライテリオンについて検討している.その結果,特異場の強さを表わす応力拡大係数によって界面端からのき裂発生が支配されていることを明らかにした.本結果についても雑誌投稿を済ませている.さらに小さな構造体の強度に関する解析を進めるため,PZT材料の原子間ポテンシャルについての検討を行っている.これを用いてPZT薄膜に生じる内部応力を分子動力学法によって評価する試みを行なった.その成果は国際会議で発表し,今後の研究の基礎とする予定である。

这项研究旨在了解结合微型电器设备和微型演员的微型组件的强度特性，并阐明多层膜结构的变形和断裂现象，这些薄膜结构含有构成它们的压电薄膜。首先，我们成功地为压电材料的基本裂纹问题得出了分析解决方案，并在期刊论文中编制了结果。接下来，我们专注于包含压电薄膜的多层膜界面边缘的奇异应力场，并得出一个特征方程，该方程表示由于自由边缘效应而引起的应力膨胀，我们已经寻求解决方案。我们还进行了数值模拟，以确认分析结果的有效性。该结果是在国际会议上提出的，并提交给杂志，并已发表。此外，我们专注于包含压电薄膜的多层膜界面边缘的奇异应力场，并得出了一个特征方程，该方程代表了由于自由边缘效应而引起的应力扩展，并且正在寻求解决方案。我们还进行了数值模拟，以确认分析结果的有效性。该结果是在国际会议上提出的，并提交给杂志，并已发表。此外，我们专注于包含压电薄膜（膜厚度）的多层膜界面边缘的奇异应力场。此外，我们进行了数值模拟，以确认分析结果的有效性。我们已经在国际会议上介绍了这些结果，并且已经在杂志上发表。此外，我们专注于压电PZT薄膜（膜厚度）。获得了含有约1μM（约1μm）的多层膜样品，并使用微载测试装置对界面边缘的裂纹启动强度进行了实验。使用上述奇异应力场分析，正在根据断裂力学的概念来研究裂纹启动标准。结果，揭示了界面边缘的裂纹启动是由应力强度因子主导的，这代表了奇异场的强度。该结果也已在杂志中提交。为了进一步分析小结构的强度，正在研究PZT材料的原子间潜力。使用此方法，尝试使用分子动力学评估PZT薄膜中产生的内部应力。结果将在国际会议上介绍，并将用作未来研究的基础。