Mechanical fatigue test under liquid water toward bio-implantable MEMS structures with infinite lifetime

液态水下机械疲劳测试,实现无限寿命的生物植入MEMS结构

基本信息

  • 批准号:
    23651137
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2011 至 2012
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

For those structures in medical MEMS (Microelectromechanical Systems) devices, especially the case of implantable devices, evaluation and improvement of mechanical reliability under humid environment including underwater become an issue of importance. In this study, static strength test and fatigue lifetime test were carried out under wet and humid environment aiming at the establishment of strength design scheme for those silicon MEMS structures in the presence of water molecular and restraint of degradation in living body. For this purpose, static/fatigue testing system coping with liquid water environment was developed. Using this experimental setup, the fracture behavior and mechanical properties of single crystal silicon thin film was investigated under liquid water. Crystal defects in silicon were also observed using EBIC (Electron Beam Induced Current) to survey the correlation between damage accumulation process and environment during the fatigue process. On the other hands, possible deterioration of mechanical properties with proton and hydrogen dissociated from the surface water molecular and trapped in silicon crystal was investigated by using nano-indentation technique. Based on these results, prediction models for the fatigue lifetime in various environments were also surveyed.
对于医用MEMS(微机电系统)设备中的结构,特别是植入式设备,评估和提高其在潮湿环境包括水下环境下的机械可靠性成为一个重要的问题。为了确定硅MEMS结构在水分子存在下的强度设计方案,并抑制生物体内的降解,本研究在潮湿环境下进行了静态强度试验和疲劳寿命试验。为此,研制了适应液态水环境的静力/疲劳试验系统。利用该实验装置,研究了单晶硅薄膜在液态水中的断裂行为和力学性能。用电子束感应电流(EBIC)观察了硅中的晶体缺陷,研究了疲劳过程中损伤累积过程与环境的关系。另一方面,利用纳米压痕技术研究了质子和氢从地表水分子中解离并被困在硅晶体中可能导致的力学性能恶化。在此基础上,对不同环境下的疲劳寿命预测模型进行了综述。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
異なる疲労機構に基づくシリコン微小構造物の寿命評価モデルの比較
基于不同疲劳机制的硅微结构寿命评估模型比较
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    平川創;泉隼人;生津資大;神谷庄司
  • 通讯作者:
    神谷庄司
電子線誘起電流によるシリコンの疲労過程の微視観察
电子束感应电流显微观察硅的疲劳过程
  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    平井隆太郎;神谷庄司;泉隼人;梅原徳次
  • 通讯作者:
    梅原徳次
Direct observation of damage accumulation process inside silicon under mechanical fatigue loading
机械疲劳载荷下硅内部损伤累积过程的直接观察
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Kamiya;R. Hirai;H. Izumi;N. Umehara;T. Tokoroyama
  • 通讯作者:
    T. Tokoroyama
電子線誘起電流を用いた圧縮応力下におけるシリコンの疲労損傷の観察
利用电子束感应电流观察压应力下硅的疲劳损伤
  • DOI:
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    喜多俊文;神谷庄司;泉隼人;梅原徳次;野老山貴行;Ve Le Huy;小川将史
  • 通讯作者:
    小川将史
Electronic sensing of mechanical damage on a single crystal silicon surface
单晶硅表面机械损伤的电子传感
  • DOI:
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    M. Ogawa;S. Kamiya;H. Izumi;Y. Tokuda
  • 通讯作者:
    Y. Tokuda
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