ナノスプリングの変形特性評価法の開発

开发评估纳米弹簧变形特性的方法

• 批准号: 18760083
• 负责人: 平方 寛之
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Osaka University (2007)Kyoto University (2006)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18760083/
• 关键词: ナノ構造; ナノスプリング; 変形特性; 材料強度; 材料試験法; ナノ構造; ナノスプリング; 変形特性; 材料強度; 材料試験法

寸法がナノメートルオーダーの構造を有する材料(ナノ構造体)は、バルクとは異なる物性を示す。また、動的斜め蒸着法を用いれば、基板の面内方位の制御によって螺旋やジグザグなどの特徴的な3次元構造を有するナノスプリングを成長させることが可能である。このようなナノ構造体を要素として様々な機能を有する微小電気機械デバイスを創造することが期待されているが、そのためにはナノ構造体の変形の力学についての基本的な理解が不可欠である。とりわけナノスプリングは、その構造に起因して力学特性が異方性を示す。しかし、ナノオーダーの構造体に対する実験・観察の困難さから、ナノスプリングの変形特性についてはほとんど解明されていない。本研究の目的は、ナノスプリングの変形特性を評価するための実験手法を確立するとともに、その変形の力学を明らかにすることである。とくに、特徴的なナノ構造と変形異方性の相関性について検討する。本年度は、前年度に開発したナノ構造集合薄膜に対する変形異方性評価法を用いて、ナノスプリング構造のみならず、ナノコラム構造、および傾斜ナノコラム構造集合薄膜に対する変形特性を評価した。さらに、得られた変形特性を基に、ナノ構造集合薄膜の強度を考える際に重要であるナノ構造集合薄膜と基板との接合界面部に生じる応力場を力学特性が等価な梁モデルを用いた有限要素法によって解析した。これらの結果、(1)傾斜ナノコラム構造集合薄膜では、せん断剛性に異方性が存在し、ナノコラム構造やナノスプリング構造の集合薄膜よりも対称性の低い変形異方性を有すること、(2)要素の離散的な構造に起因して、ナノ構造薄膜と基板の界面端部および界面き裂先端近傍では応力特異性が消失すること,を明らかにした。これらの成果の一部は、国内学会で講演発表するとともに、国際誌への掲載が決定している。

具有纳米级结构的材料（纳米结构）在尺寸中的结构表现出与大量不同的物理特性。此外，通过使用动态倾斜蒸气沉积，可以通过控制底物的平面内方向来生长具有特征性三维结构（例如螺旋和锯齿形）的特征性三维结构的纳米弹簧。可以预期，使用此类纳米结构等元素具有各种功能的微机械设备，但是为此，对纳米结构变形机制的基本理解至关重要。特别是，由于其结构，纳米弹簧在其机械性能中表现出各向异性。但是，由于难以实验和观察纳米级结构，几乎没有阐明纳米弹簧的变形特性。这项研究的目的是建立一种评估纳米串变形特性的实验方法，并阐明其变形的机制。特别是，我们将检查特征纳米结构与变形各向异性之间的相关性。今年，我们评估了上一年开发的纳米结构薄膜的变形各向异性评估方法，不仅评估了纳米弹簧结构，还评估了纳米颜色结构和倾斜的纳米颜色结构的变形特性。此外，基于获得的变形性能，使用有限元元素方法分析了使用具有等价机械性能的光束模型，通过有限元方法分析了纳米结构薄膜和底物之间在纳米结构薄膜和底物之间产生的应力场。这些结果表明，（1）在倾斜的纳米颜色结构组装薄膜中存在剪切刚度，并且存在变形各向异性，其对称性不及纳米颜色结构和纳米发音结构组装薄膜，（2）应力奇异性在薄膜和近似界面的互化薄膜和接近层面的界面上消失了。其中一些结果已决定在国际期刊上发表，同时在国内会议上进行演讲。