Analysis of nano-adhesion and joinning using nanomechanics

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本研究では、異方性弾性体におけるナノメカニックスを構築すると共にナノレベルの凝着、剥離および接合理論を構築し実験的に検証すること、ナノレベルにおける接合体の特異応力場の存在を明らかにすることを目標に研究を行った。異方性体のナノレベルの凝着解析を行うため、半無限異方性弾性体の表面に表面応力および表面弾性係数を考慮したリーン関数を導出した。表面に原子を置いた際の材料表面の変位場を分子動力学で求め、その分布を表面グリーン関数で得られた位場と比較した結果、両者はよく一致した。一般に弾性論はナノレベル以上有効であると言われているが、表面の力学的特性を考慮した理論を用いるとごく表面の変位場も分子動力学法に匹敵する精度で計算できることを示した。表面グリーン関数の有効性を検証するため、この関数をナノ接触解析に適用した。このグリーン関数を用いた圧子の押し込み量に対する力の関係は分子動力学による結果とほぼ一致することがわかった。このことは通常のナノインデンテーション試験における圧子の押し込み量-力の関係から得られる材料の弾性特性評価でよく言われるサイズ効果を説明できることを示している。異種材量の接合のメカニズムを探るため、現在ナノレベルの接合体における特異応力場の存在を確認するためにプローブ顕微鏡によるデジタル画像相関法による接合界面端におけるひずみ計測を行っている。一方、二次元および三次元異材接合体の特異応力場の応力解析を行い、接合体の強度評価を行う上で必要な特異応力場の強さを求める解析および実験を行った。今回は二枚の厚さ0.6μmのシリコン板を接着剤で接合した試験片に外力を加える界面の剥離実験を行い、その強度評価を行った。接着剤の厚さを50,100,150mmと変えた試験片に対して強度を調べた結果、厚いほど強度は低下した。これは特異応力場の強さと接着層厚さの関係と一致するものである。