ナノ力学領域における破壊前駆現象検出の為の動的ロックイン発熱解析法開発

纳米力学领域检测断裂前兆现象的动态锁定生热分析方法的发展

• 批准号: 22K04887
• 负责人: 森本 崇宏
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04887/
• 关键词: ナノ力学; カーボンナノチューブ; CNT線材; ロックイン発熱; 破壊挙動

本研究課題は、ロックイン発熱解析法をナノスケールでの破壊進展の前兆現象の検出を行うための新規ナノ力学評価法とするため、動的な微小振動を印可下での、ナノ構造変化と発熱構造の相関性を明らかにすることを目的としてる。研究初年度の本年度は、提案手法の基本コンセプトの検証に取り組んだ。具体的には、微小な動的振動印可手法の確立、モデル材料の選定、モデル材料を用いた応力ひずみ曲線と発熱画像の検証を行った。動的振動の印可手法としては、従来の初期値に対する正負振動よりも、本課題で導入した正側のみの振動が、正負振動印可よりも有効であることを確かめた。また、モデル材料としては多層カーボンナノチューブのフォレストから作製したCNT膜を選定し、それらを一定の静的伸長条件下で動的振動を印可し、それらの定常電流有無の条件間での差分像を取得する事で、予備検討や研究計画時に想定した脆弱箇所可視化像と同等の画像取得が可能であることが明らかとなった。これにより、目的試料に内在する物理的な脆弱箇所を試料破断のはるか以前の段階で特定する事が可能となり、従来破断後の解析に限られていた破断や伸長といった機械特性と、試料内部の微細構造との詳細な相関研究が可能となることで、ナノ力学解析より一層の解明に貢献する事が期待される。次年度以降ではモデル材料の最適化、動的振動および電流印可手法の最適化を行い、本手法の有効性の確認とナノ構造破壊現象解明に繋がる学理研究に取り組んでいく予定である。

该研究项目旨在将锁定生热分析方法发展为一种新的纳米力学评估方法，用于检测纳米尺度断裂进展的前兆现象，目的是阐明生热结构的相关性。今年，即研究的第一年，我们致力于验证所提出方法的基本概念。具体来说，我们建立了施加微小动态振动的方法，选择了模型材料，并使用模型材料验证了应力-应变曲线和发热图像。作为一种动态振动应用方法，我们确认本研究中引入的仅正侧振动比传统的施加于初始值的正负振动更有效。此外，我们选择了由多壁碳纳米管森林制成的CNT薄膜作为模型材料，在恒定的静态拉伸条件下对其施加动态​​振动，并获得了有和没有稳定电流的条件下的差异图像。显然，可以获得与初步研究和研究规划期间设想的脆弱点可视化图像相当的图像。这使得可以在样品断裂之前识别目标样品内的物理弱点，并分析断裂和伸长等机械性能（以前仅限于样品断裂后的分析）以及样品内部的机械性能通过与微观结构进行详细的相关性研究，预计将有助于比纳米力学分析进一步阐明。从明年开始，我们计划优化模型材料、动态振动和当前的应用方法，并开展理论研究，以证实该方法的有效性并阐明纳米结构破坏现象。