柔軟結合節を持つオープンフレーム構造体の創出

创建具有柔性接头的开放式框架结构

• 批准号: 20656020
• 负责人: 澁谷 陽二
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20656020/
• 关键词: オープンフレーム構造体; FIB-CVD; ダブルカンチレバーモデル; 曲げ試験; サイズ効果; 柔軟結合節; 大たわみ

本研究では,剛節と滑節の中間に位置づけられる柔軟な節(フレキシブル・ジョイント)により結合され,大変形能を有するフレームを部材とする新規なオープンフレーム(OF)構造を創出し,その特異な変形能と構造安定性の調査を目的とする.まず,シリコン単結晶基板の上に,種々のサイズを持つナノピラーを集束イオンビーム支援の蒸着方法(FIB-CVD)により作成した.作成する方法としては,集束イオンビームの焦点を固定して蒸着させるフォーカス型と,焦点をぼかすことで大域的な蒸着を可能にするデフォーカス型の2種類を提案した.前者では,連続的に直径を変化させることが困難で,高々直径350nmが限界である.一方,後者は直径700nm以上のピラーまで連続的に作成することができた.両者の試料に対して,ピラーを振動させることにより共振周波数を求めヤング率を推定した結果,両者で内部構造の異なることがわかった.つぎに,ピエゾアクチュエータを利用した曲げ試験装置を走査型電子顕微鏡(SEM)内で開発した.試験片としては,2本のピラーを電子線照射溶接法により接合することによって,高精度な曲げ試験が実施できるダブルカンチレバーモデル(DCモデル)を新たに提案した.このDCモデルを曲げ試験装置に取り付け,高精度で再現性の高い曲げ試験を行った.一連の曲げ試験とともに,柔軟結合節をモデル化した有限要素解析を行い,両者からナノピラーの大たわみに対する非線形変形能を明らかにした.また,種々のサイズを持つナノピラーを用い,その力学的応答に対するサイズ効果を調査した結果,(1)直径約300nm以下で,直径/長さの比が1/100程度以上の場合に,通常の連続体力学解(有限要素解)では予想できない曲げ剛性の低下という特異な挙動を明らかにした.これは,ピラーを構成するダイヤモンドライクカーボンの共有結合性の結合様式を反映したピラーにおけるサイズ効果と考えられる.

This study で は, just section と sliding section の に position among づ け ら れ る soft な section (フ レ キ シ ブ ル · ジ ョ イ ン ト) に よ り combining さ れ, big - form can have す を る フ レ ー ム を department material と す る new rules な オ ー プ ン フ レ ー ム (OF) tectonic を makes し そ の specific な - shape can と tectonic stability の investigation purpose を と す る. ま ず, シ リ コ ン 単 Crystal substrate の に, kind of 々 の サ イ ズ を hold つ ナ ノ ピ ラ ー を cluster イ オ ン ビ ー ム support の steamed method (FIB - CVD) に よ り made し た. Made す る method と し て は, cluster イ オ ン ビ ー ム の focus を fixed し て steamed さ せ る フ ォ ー カ ス と, focus を ぼ か す こ と で large domain な steamed を may に す る デ フ ォ ー カ の ス type 2 kinds を proposal し た. The former で は, even 続 に を diameter variations change さ せ る こ と で が difficulties, high 々 diameter of 350 nm が limit で あ る. On one side, the latter has a diameter of more than 700nm and a ピラ ピラ まで まで まで connect the に of 続 to make する とがで とがで た た た た た た. Struck is の sample に し seaborne て, ピ ラ ー を vibration さ せ る こ と に よ り resonance frequency count を o め ヤ ン グ rate を presumption し た results, who struck で の different structures internal な る こ と が わ か っ た. つ ぎ に, ピ エ ゾ ア ク チ ュ エ ー タ を using し た qu げ test device を walkthrough type electronic 顕 で within micro mirror (SEM) 発 し た. Test piece と し て は, 2 this の ピ ラ ー dissolves を electron irradiation method に よ り joint す る こ と に よ っ て, high-precision な qu げ test が be applied で き る ダ ブ ル カ ン チ レ バ ー モ デ ル (DC モ デ ル) を new た に proposal し た. こ の DC モ デ ル を qu げ に take り pay け test device, high reproducibility and high precision で の い qu げ test line を っ た. For の qu げ test と と も に, soft combination section を モ デ ル change し た finite element analytic を い, who struck か ら ナ ノ ピ ラ ー の big た わ み に す seaborne る nonlinear variations can form を Ming ら か に し た. ま た, kind of 々 の サ イ ズ を hold つ ナ ノ ピ ラ ー を い, そ の mechanics 応 answer に す seaborne る サ イ ズ unseen fruit を survey し た results, (1) the diameter of about 300 Nm で below, long diameter / さ の than が 1/100 degree above に の situations, usually の even 続 strength solution (finite element) で は to think で き な い low curved rigid の げ と い う specific な 挙 dynamic を Ming ら か に し た. こ れ は, ピ ラ ー を constitute す る ダ イ ヤ モ ン ド ラ イ ク カ ー ボ ン の combination of associative の others type を reflect し た ピ ラ ー に Youdaoplaceholder0 ズ results と examination えられる.

项目成果

Size Effect of Finite Deformable Nanopillar by Focused-ion-beam Chemical Vapor Deposition

聚焦离子束化学气相沉积有限可变形纳米柱的尺寸效应

• 发表时间: 2008
• 作者: Hiro Tanaka;Yoji Shibutani
• 通讯作者: Yoji Shibutani

Size Effect of Large Deformable Nanopillars by Focused-ion-beam Chemical Vapor Deposition

聚焦离子束化学气相沉积大可变形纳米柱的尺寸效应

• 发表时间: 2009
• 作者: H. Tanaka;M. Shinkai;Y. Shibutani;Y. Kogo
• 通讯作者: Y. Kogo

In-plane mechanical behavior of 2D repetitive frameworks with four-coor dinate flexible joints and elbowed beam members

具有四坐标柔性接头和弯头梁构件的二维重复框架的面内力学行为

• 发表时间: 2009
• 期刊: J.Mech.Phys.Solids 57
• 作者: H.Tanaka;Y.Shibutani
• 通讯作者: Y.Shibutani

柔軟節の回転特性に基づく周期正方セル構造の短波長座屈モード

基于柔性节点旋转特性的周期方胞结构短波长屈曲模式

• 发表时间: 2009
• 期刊: 日本機械学会論文集(A編) 75巻760号
• 作者: 柏尚稔;勝二理智;林康裕;田中展,渋谷陽二
• 通讯作者: 田中展,渋谷陽二

Nonlinear large deflection of nanopillars fabricated by focused ion-beam induced chemical vapor deposition using double-cantilever testing

使用双悬臂测试通过聚焦离子束诱导化学气相沉积制造纳米柱的非线性大偏转

• 发表时间: 2009
• 期刊: J.Vac.Sci.Technol.B 27
• 作者: H.Tanaka;M.Shinkai;Y.Shibutani;Y.Kogo
• 通讯作者: Y.Kogo