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材料の超高速破壊を原子レベルで可視化

June, 23, 2017, 大阪--大阪大学大学院工学研究科の尾崎典雅准教授、Bruno Albertazzi研究員(現仏エコールポリテクニーク)、兒玉了祐教授(レーザー科学研究所所長兼任)、理化学研究所の矢橋牧名グループダイレクター、犬伏雄一研究員(JASRI)らを中心とする日仏英露の国際研究グループは、理化学研究所放射光科学総合研究センターのX線自由電子レーザ(XFEL)施設SACLAを用いて、秒速5kmの超高速衝突の際に材料が破断的に破壊していく様子を原子レベルで観察することに世界で初めて成功した。
 超高速で飛翔する物体が材料に衝突した際、衝突面とは反対側の面に、より甚大な損傷が見られるなど、特徴的な破壊現象が起こる。このような超高速応力に起因するダイナミックな材料破壊を直接見ることは、その極短時間性から、これまで極めて困難だった。研究グループはパワーレーザショック超高圧法とSACLAを用いたX線回折イメージングによって、超高速破壊現象をフェムト秒の時間分解能でかつ原子レベルで直接観察することに成功し、材料の結晶構造中にサブミクロンレベルの亀裂が急激に集中して発生することで、高速衝突に特有の破断破壊に至ることを明らかにした。
 この手法により、超高速応力印加時における材料破壊挙動の超高速原子レベル観察とともに、破壊応力※5などの機械力学的特性の定量的評価が可能になり、宇宙構造物など極限環境下で使用される材料のための安全性向上や先進高耐力材料開発などが促進されると期待される。
 研究成果は、ScienceAdvancesに公開された。
(詳細は、www.osaka-u.ac.jp)