自然界構造物の観察に基づく「最適構造・微細組織設計学」の創成

基于自然结构的观察创建“最佳结构/微观结构设计”

• 批准号: 15656167
• 负责人: 渡辺 忠雄
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15656167/
• 关键词: 自然界構造物; 貝殻; アラゴナイト; 微細組織; 交差ラメラ組織; 積層構造; 破壊靱性

これまでに研究・開発されてきた数多くの機械材料は,用いられる環境・時間経過において経年変化を生じ,性能劣化や機能喪失および機械構造物の損傷・破壊といった問題を抱えている.一方,材料の機能・性能は材料を構成する原子・分子のもつ固有の特性のみならず,それらの配列,すなわち微細組織に強く依存することが明らかとなってきている.本研究では,地球上の多様な環境で試され,環境に適した最適構造・微細組織を有する自然界構造物-樹木,岩石,貝など-から機能・性能発現のための最適構造・微細組織に関する知見を得るために,自然界構造物の内部構造・微細組織をナノ・メゾレベルで観察し,多様な自然環境の下で形成あるいは成長した自然界構造物の優れた機能・性能とそれを発現させている最適構造・微細組織との関連を明らかにし,得られる知見から金属材料,セラミックス,半導体に対してさらなる新機能・高性能を発現させるための「最適構造・微細組織設計学」の創成を目的に行われた.本年度は,自然界構造物として貝殻(ハマグリ)に注目し,その内部構造・微細組織の観察を行った.ハマグリ貝の断面は,外層表面,内部層,内部表面の3層構造から構成されており,外層表面部は,アラゴナイト(CaCO_3)結晶が表面に対して45°の角度をなす交差ラメラ微細組織を有しいる.このような規則的な交差ラメラ組織を有することにより,外部応力に対して層状の積層面内で弾性的なずれが起こり,応力を緩和することができると考えられる.また,ビッカース硬度試験を用いて測定された破壊靱性値は,1.72MPa・m^<1/2>であり,シリコンの破壊靱性値よりも高い.交差ラメラ組織を有することでクラックの偏向効果によりクラックの伝播が抑制され,破壊靱性が高められていると考えられる.存命中のハマグリには,交差ラメラ組織の積層面間には有機物が存在するためにさらに破壊靱性が高いと予想される.

In the course of research and development, multi-purpose mechanical materials are used in the research and development of mechanical materials, and the environmental time is used to improve the quality of mechanical materials in the past few years, and the performance deterioration mechanism can be used to improve the performance of mechanical and mechanical materials. On the one hand, the mechanical properties of materials are affected by the inherent properties of atoms and molecules. They are arranged in different ways, and the microstructures are strongly dependent on each other. In this study, there are many environmental environmental tests on the earth, and the most important environmental microstructures on the earth are the structures of nature-- wood, rock, wood, rock, and so on. in this study, the mechanical properties of the most effective microstructures on the earth, such as wood, rock, rock, and so on, were observed. In the multi-environmental environment, the formation of environmental pollution, the growth of the natural environment, the mechanical properties of the natural creation, the mechanical properties, the mechanical performance, the mechanical properties, the temperature, the temperature and the temperature. The new machine with high performance can realize the performance of the most advanced micro-computer set-up computer for the purpose of achieving high performance. This year, the creation of nature has paid close attention to the situation, and the internal micro-organization has paid close attention to it. The outer surface, the inner surface, the outer surface, the inner surface, the outer surface, the outer surface, The cross-section of the rule has its own characteristics, such as the external force, the internal force, the force and the load. 1.72MPa, hardness, hardness, There are significant differences in the performance of the organization. The results show that there are significant differences in the performance of the system, such as the suppression of the performance and the performance of the system. If you are in a financial situation, you will find that there is a risk that there is a high risk of failure in the organization of transportation.

项目成果

Tadao Watanabe: "Toughening of Brittle Materials by Grain Boundary Engineering"Materials Science and Engineering. (accepted). (2004)

渡边忠雄：“通过晶界工程增韧脆性材料”材料科学与工程。

S.Tsurekawa: "Effects of Processing and Doping Elements on the Grain Boundary Microstructure and Mechanical Properties of SiC"Key Engineering Materials. 247. 331-334 (2003)

S.Tsurekawa：“加工和掺杂元素对SiC晶界微观结构和力学性能的影响”关键工程材料。