ナノ構造体界面破壊の力学的支配因子解明に関する研究


異材界面と表面が会合する異材界面端においては，応力が無限大に発散する特異応力場が発生します．従来，連続体仮定下における破壊力学を用いてき裂の発生や進展挙動が力学的に議論されてきましたが，材料寸法がナノサイズになると特異応力場の大きさも同等になります．この領域に含まれる原子の数は数十〜数百個であり，連続体仮定下での議論が可能かどうかは不明です．このことについて，実験による解明を試みています．

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ナノ構造体の疲労強度・現象に関する研究


構造物の破壊原因の多くが疲労によるものです．金属材料において疲労き裂が発生するためには，材料内でマイクロサイズの疲労転位構造が形成されることが報告されています．しかし，構造体の寸法がナノオーダーになると，その中に従来の大きさの疲労転位構造は形成できません．このため，ナノ構造体は疲労しない，もしくはナノ特有の疲労転位構造を有する可能性があります．透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いた疲労試験・観察や共振振動を利用した疲労試験により，その詳細な解明を行っています．

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ナノ要素配列薄膜の変形・破壊特性に関する研究


幾何形状を有するナノサイズの要素が配列した薄膜が作製されるようになってきました．しかし，この薄膜は特有の変形・破壊挙動を有することが予想され，その機械特性の詳細は未だ明らかになっていません．原子間力顕微鏡を用いた変形試験によりその変形特性を明らかにし，さらに，その特有な力学状態や破壊挙動に関してもその詳細な内容を明らかにしています．

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ナノ構造のマルチフィジックス解析


表面に囲まれたナノ構造を持つ材料（ナノ材料）では，バルク材では存在しない特異な物性（強磁性や強誘電性など）が現れることがあります．また，それらに応力やひずみを加えると，特性が変化します（マルチフィジックス特性）．そのようなミクロの不思議な物性について，量子力学計算機シミュレーションに基づく解析を行っています．

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ナノ構造のマルチフェロイック解析


強誘電性と強時性を同時に示すことをマルチフェロイックスと言います．そんな特別な特性を示す材料にBiFeO3があります．これでナノスケールの形を作ると，さらに特殊な性質を引き出すことができ，マルチフィジックス効果(機械特性などを含む複数の物理的性質の相互作用)が期待できます．
また，磁性を示さないPbTiO3のような材料でも，ノスケールでは形状や欠陥の効果によって磁性を創り出すことができるといった不思議な特性を発見しました．これらについて量子力学に基づく解析を行っています．

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原子構造体の破壊


ナノスケールの原子構造体では、離散性のため、破壊現象を従来の連続体力学の枠組みで理解できなくなります。そこで、電子・原子レベル解析から様々な形をもった低次元ナノ材料の破壊強度を研究しています。また、ナノ材料の破壊の始まりとして構造の不安定性(機械的のみならず機能的不安定性を含む)についての解析を行っています。

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