2024/08/28 更新

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トク ユウキ
徳 悠葵
TOKU Yuhki
所属
大学院工学研究科 マイクロ・ナノ機械理工学専攻 マイクロ・ナノ機械科学 准教授
大学院担当
大学院工学研究科
学部担当
工学部 機械・航空宇宙工学科
職名
准教授
連絡先
メールアドレス
外部リンク

学位 1

  1. 博士(工学) ( 2014年3月   秋田大学 ) 

研究キーワード 6

  1. ナノ材料

  2. 材料力学

  3. 材料科学

  4. 薄膜

  5. 電子風力

  6. ナノ材料

研究分野 6

  1. ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 材料力学、機械材料

  2. ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 加工学、生産工学

  3. ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 材料力学、機械材料

  4. ナノテク・材料 / ナノ材料科学

  5. ナノテク・材料 / 薄膜、表面界面物性

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経歴 11

  1. 名古屋大学   大学院工学研究科 マイクロ・ナノ機械理工学専攻 マイクロ・ナノ機械科学   准教授

    2022年11月 - 現在

  2. 名古屋大学   大学院工学研究科 マイクロ・ナノ機械理工学専攻 マイクロ・ナノ機械科学   准教授

    2022年11月 - 現在

  3. 名古屋大学   大学院工学研究科 マイクロ・ナノ機械理工学専攻 マイクロ・ナノ機械科学   講師

    2018年10月 - 2022年10月

  4. 名古屋大学   大学院工学研究科 マイクロ・ナノ機械理工学専攻 マイクロ・ナノ機械科学   助教

    2017年4月 - 2018年9月

  5. 名古屋大学   大学院工学研究科 機械理工学専攻 先端材料・創製工学   助教

    2014年10月 - 2017年3月

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学歴 5

  1. 秋田大学   工学資源学研究科   生産・建設工学専攻

    2011年4月 - 2014年3月

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    国名: 日本国

  2. 秋田大学   工学資源学研究科   生産・建設工学専攻

    2011年4月 - 2014年3月

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    国名: 日本国

  3. 秋田大学   大学院工学資源学研究科   生産・建設工学専攻

    2011年4月 - 2014年3月

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    国名: 日本国

  4. 秋田大学   大学院工学資源学研究科   機械工学専攻

    2009年4月 - 2011年3月

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    国名: 日本国

  5. 秋田大学   工学資源学部   機械工学科

    2005年4月 - 2009年3月

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    国名: 日本国

所属学協会 2

  1. 日本機械学会

  2. 日本機械学会

委員歴 1

  1. 日本機械学会   2020年次大会実行委員会委員  

    2020年9月   

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    団体区分:学協会

受賞 5

  1. 日本機械学会東海支部特別功労賞

    2021年3月   日本機械学会東海支部  

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    受賞区分:国内学会・会議・シンポジウム等の賞 

  2. 三浦賞

    2011年3月   機械学会  

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    受賞国:日本国

  3. 三浦賞

    2011年3月   機械学会  

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    受賞国:日本国

  4. 独創研究学生賞(大学院修士の部)

    2010年3月   機械学会東北支部  

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    受賞国:日本国

  5. 独創研究学生賞(大学院修士の部)

    2010年3月   機械学会東北支部  

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    受賞国:日本国

 

論文 61

  1. Unveiling Thermal and Athermal Effects in Strain Hardening Removal of A6061 Aluminum Alloy 査読有り

    Yu, XM; Gu, SJ; Wang, GD; Kimura, Y; Ju, Y; Toku, Y

    METALS AND MATERIALS INTERNATIONAL     2024年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1007/s12540-024-01778-7

    Web of Science

  2. Growth of metal nanowire forests controlled through stress fields induced by grain gradients 査読有り

    Kimura, Y; Cui, Y; Suzuki, T; Tanaka, Y; Tanaka, T; Toku, Y; Ju, Y

    SCIENCE   385 巻 ( 6709 ) 頁: 641 - 646   2024年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Science (New York, N.Y.)  

    Pure metal nanowires (NWs) are one-dimensional nanomaterials with distinctive properties for various applications. Nevertheless, mass-growth forests have not been developed because of vapor pressure limitations, chemical reduction problems, or both. We succeeded in the mass growth of aluminum (Al) NW forests at desired locations by controlling atomic diffusion within the solid film. Whereas prior attention has focused only on how to increase the driving force, we show that focused ion beam irradiation created localized regions of high stress, which provided pathways for atomic diffusion as well as nuclei and driving forces for vertical NW growth. The underlying growth process could in principle be extended to other metals.

    DOI: 10.1126/science.adn9181

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

  3. Quantitative evaluation of dislocation density in SUS316L utilizing non-contact microwave reflection method 査読有り

    Wang, GD; Gu, SJ; Kimura, Y; Toku, Y; Ju, Y

    MECHANICAL ENGINEERING JOURNAL   advpub 巻 ( 0 )   2024年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:一般社団法人 日本機械学会  

    DOI: 10.1299/mej.24-00155

    Web of Science

    CiNii Research

  4. Achieving Stress Relief in Martensitic Stainless Steel <i>Via</i> High-Density Pulsed Electric Current Treatment 査読有り

    Gu, SJ; Kobayashi, D; Yan, XM; Liu, C; Kimura, Y; Toku, Y; Ju, Y

    METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE     2024年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science  

    This study examined the effect of high-density pulsed electric current (HDPEC) treatment on the residual stress relief of martensitic stainless steel SCS6. The findings indicate that applying HDPEC at 100 A/mm2 for 370 ms, or equivalent current conditions at a maximum temperature of approximately 735 °C, can nearly eliminate surface residual stresses. Moreover, this treatment resulted in a 7 pct increase in strength without deteriorating the ductility. X-ray diffraction and electron backscatter diffraction analysis found that defects (i.e., dislocations) within the grains were remarkably removed, which was the main reason for the residual stress removal. This study demonstrates the feasibility of HDPEC in eliminating residual stresses of martensitic stainless steels, presenting a promising alternative to traditional heat treatment. In addition, this method introduces possibilities for localized non-destructive treatments on substantial components, enabling rapid and straightforward repairs. Graphical abstract: (Figure presented.)

    DOI: 10.1007/s11661-024-07522-5

    Web of Science

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    その他リンク: https://link.springer.com/article/10.1007/s11661-024-07522-5/fulltext.html

  5. Micromachined structures decoupling Joule heating and electron wind force 査読有り

    Gu, SJ; Kimura, Y; Yan, XM; Liu, C; Cui, Y; Ju, Y; Toku, Y

    NATURE COMMUNICATIONS   15 巻 ( 1 ) 頁: 6044   2024年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Communications  

    Microstructural changes in conductive materials induced by electric current treatments, such as electromigration and electroplasticity, are critical in semiconductor and metal processing. However, owing to the inevitable thermal effect (Joule heating), the athermal effect on microstructural modifications remains obscure. This paper presents an approach of utilizing pre-micromachined structures, which obstruct current flow but maintain a thermal history similar to that of the matrix, effectively disentangling the thermal and athermal effects. A duplex stainless-steel material is selected to validate the feasibility of this method. Microstructural characterizations show that the athermal effect, especially the electron wind force (EWF), primarily governs the element diffusion and phase transformation in this study. Moreover, many σ phases (Cr-enriched) are precipitated in the micromachined structures, whereas no precipitation occurred in the matrix, suggesting that the directional EWF disrupts the Cr aggregation caused by Joule heating. Furthermore, we present a critical formula for determining the dimensions of micromachined structures of commonly used metallic materials. The proposed method may serve as an effective and powerful tool for unveiling the athermal effect on microstructural alterations.

    DOI: 10.1038/s41467-024-50351-8

    Web of Science

    Scopus

    PubMed

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MISC 25

  1. テンプレート法を用いた機能性ナノワイヤ面ファスナの創製 招待有り 査読有り

    徳 悠葵, 巨 陽  

    トライボロジスト66 巻 ( 10 ) 頁: 756 - 761   2021年10月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)   出版者・発行元:一般社団法人 日本トライボロジー学会  

    Surface-mount techniques primarily depend on soldering. However, soldering techniques have encountered some challenges in recent years. The reflow process in electronic assembly needs high-temperature processes, which result in undesired thermal damages and residual stress at a bonding interface. Therefore, there is an urgent requirement to attach electronic parts to circuit boards with good mechanical and electrical properties at room temperature. We recently developed a metallic nanowire surface fastener (NSF) to resolve the abovementioned problems. This fastener can connect electronic components on a substrate at room temperature using the van der Waals force between each nanowire. In this paper, we introduce a preparing method of a high-density nanowire array constituting the NSF. The NSF fabricated through the simple template method showed the room temperature bonding ability. The NSF’s adhesion strength and electrical properties were investigated by adjusting the nanowire parameters, such as diameter, length, density (number per area), preload, and shape. We also introduce some NSF applications, such as 64-pin NSF that behaves like a ball grid array for application to actual electronic devices and the fabrication of an NSF on a flexible substrate.

    DOI: 10.18914/tribologist.66.10_756

    CiNii Books

    CiNii Research

  2. Use of a tendon/ligament cell sheet with mesenchymal stem cells and cyclic stretch stimulus for tendon/ligament tissue restoration 査読有り

    Morita Y  

    Journal of Mechanical Engineering5 巻 ( Specialissue3 ) 頁: 1-11 - 11   2018年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:速報,短報,研究ノート等(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Mechanical Engineering  

    It can be relatively difficult for damaged tendon or ligament tissue to heal perfectly due to the inability to self-cure. Therefore, tendon and ligament tissue engineering has been used as a restorative method. Perfect tissue restoration, however, has yet to be achieved. In other research, cell sheets have been applied to various different types of tissues and organs for regeneration. In this study, we attempted to fabricate a tendon/ligament cell sheet for use in tissue engineering. Firstly, human bone marrow mesenchymal stem cells (hBMSCs), which have excellent proliferative abilities, were harvested and formed into a cell sheet. Then, a cyclic stretching stimulus was applied to the hBMSC sheet to enhance cell differentiation into tendon/ligament cells. The results showed that the work was successful in promoting differentiation, resulting in a tendon/ligament cell sheet. These results suggest that this method is effective for tendon/ligament tissue engineering.

    Scopus

  3. Optimization of differentiation time of mesenchymal-stem-cell to tenocyte under a cyclic stretching with a microgrooved culture membrane and selected measurement cells 査読有り

    Yasuyuki Morita, Takahiro Yamashita, Yuhki Toku, Yang Ju  

    Acta of Bioengineering and Biomechanics20 巻 ( 1 ) 頁: 3 - 10   2018年

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    記述言語:英語   掲載種別:速報,短報,研究ノート等(学術雑誌)   出版者・発行元:Institute of Machine Design and Operation  

    Purpose: There is a need for efficient stem cell-to-tenocyte differentiation techniques for tendon tissue engineering. More than 1 week is required for tenogenic differentiation with chemical stimuli, including co-culturing. Research has begun to examine the utility of mechanical stimuli, which reduces the differentiation time to several days. However, the precise length of time required to differentiate human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMSCs) into tenocytes has not been clarified. Understanding the precise time required is important for future tissue engineering projects. Therefore, in this study, a method was developed to more precisely determine the length of time required to differentiate hBMSCs into tenocytes with cyclic stretching stimulus. Methods: First, it had to be determined how stretching stimulation affected the cells. Microgrooved culture membranes were used to suppress cell orientation behavior. Then, only cells oriented parallel to the microgrooves were selected and evaluated for protein synthesis levels for differentiation. Results: The results revealed that growing cells on the microgrooved membrane and selecting optimally-oriented cells for measurement improved the accuracy of the differentiation evaluation, and that hBMSCs differentiated into tenocytes in approximately 10 h. Conclusions: The differentiation time corresponded to the time required for cellular cytoskeleton reorganization and cellular morphology alterations. This suggests that cells, when subjected to mechanical stimulus, secrete mRNAs and proteins for both cytoskeleton reorganization and differentiation.

    DOI: 10.5277/ABB-00927-2017-04

    Scopus

  4. 高密度電流を利用したAu薄膜の密着強度の向上

    木澤 蔵馬, 徳 悠葵, 巨 陽  

    機械材料・材料加工技術講演会講演論文集2018.26 巻 ( 0 ) 頁: 721   2018年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本機械学会  

    DOI: 10.1299/jsmemp.2018.26.721

    CiNii Research

  5. マイクロ波原子間力顕微鏡の力変化による局所誘電率の定量評価

    トン 博, 趙 岷吉, 徳 悠葵, 森田 康之, 巨 陽  

    計算力学講演会講演論文集2017.30 巻 ( 0 ) 頁: 340   2017年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人 日本機械学会  

    DOI: 10.1299/jsmecmd.2017.30.340

    CiNii Research

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講演・口頭発表等 311

  1. Improvement of Thin Film Adhesion Strength via Current Application 国際会議

    Y. Toku, K. Kizawa, K. Sugiura, Y. Morita and Y. Ju

    Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength 2018 

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    開催年月日: 2018年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Xi'an, China   国名:中華人民共和国  

  2. ELECTROMAGNETIC PERFORMANCE OF SPIRALLY DEFORMED COATED NANOWIRES 国際会議

    Y. Toku, Y. Ueda, Y. Morita and Y. Ju

    Recent Developments in Integrity - Reliability - Failure 

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    開催年月日: 2018年7月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Lisbon, Portugal   国名:ポルトガル共和国  

  3. Influence of Thermal Fatigue on the Connection Strength of Nanowire Surface Fastener 国際会議

    Y. Toku, S. Nota, Y. Morita, and Y. Ju

    International multi-conference on engineering and technology innovation 2015 

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    開催年月日: 2016年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:New York, USA   国名:アメリカ合衆国  

  4. Fabrication of tiny whiskers on core-shell nanowires based on stress-induced atomic migration 国際会議

    Yuhki TOKU, Mikio MURAOKA, Yang JU

    International multi-conference on engineering and technology innovation 2015 

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    開催年月日: 2015年10月 - 2015年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Kaohsiung, Taiwan   国名:台湾  

  5. A System for the Fabrication of Metallic Micro/Nanowire Based on Electromigration 国際会議

    ITO Yuta, KIMURA Yasuhiro, TOKU Yuhki, JU Yang

    33rd International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC2020)  2020年11月9日 

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    開催年月日: 2020年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 6

  1. 周期的電子風力を利用した原子再配列法の開拓

    研究課題番号:20352230  2021年4月 - 2028年3月

    創発的研究支援事業 

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

  2. 薄膜残留応力を利用した金属被覆ナノワイヤの芯付ナノコイル形成とその応用

    2016年4月 - 2017年3月

    池谷科学技術振興財団 単年度研究助成 

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    資金種別:競争的資金

  3. コアシェルナノ構造を利用した応力誘導による超微細ナノウィスカーの創製に関する研究

    2016年4月 - 2017年3月

    豊田理研スカラー  

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    資金種別:競争的資金

  4. 不均一被覆の残留膜ひずみを利用したナノベルトのゼンマイ形成

    2015年10月 - 2016年9月

    大澤科学技術振興財団による研究助成 

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    資金種別:競争的資金

  5. 不均一製膜による偏心膜ひずみを利用した金属被覆ナノベルトのゼンマイ形成に関する研究

    2015年4月 - 2016年3月

    日本板硝子材料工学助成会研究助成 

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    資金種別:競争的資金

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科研費 13

  1. 自己変形型ナノワイヤ面ファスナーによる次世代エレクトロニクス実装技術の実現

    研究課題/研究課題番号:23K17316  2023年6月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(開拓)

    巨 陽, 徳 悠葵, 木村 康裕

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    担当区分:研究分担者 

  2. 高周波電流の力学的相互作用を利用した原子スケール異材界面制御手法の創出

    研究課題/研究課題番号:23K25996  2023年4月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    徳 悠葵

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:18980000円 ( 直接経費:14600000円 、 間接経費:4380000円 )

    本研究では,高周波電流を利用した金属-半導体間の異材界面における原子の再配列を世界で初めて実現する.これは,電子と原子の力学的相互作用,すなわち電子風力を原子配列の「揺さぶり」として作用させることにより,自発的に原子を最小ポテンシャルエネルギーの位置へと再配列させる極めて独創的な手法である.これにより,結晶方位の整列,結晶粒の増大,最密結晶面の増加,点・線欠陥の消滅を誘起し,前人未到の異材界面における原子配列制御を実現し,半導体製造プロセスにおける原子スケール界面制御手法を創出する.

  3. 高周波電流の力学的相互作用を利用した原子スケール異材界面制御手法の創出

    研究課題/研究課題番号:23H01301  2023年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    徳 悠葵

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:18980000円 ( 直接経費:14600000円 、 間接経費:4380000円 )

    本研究では,高周波電流を利用した金属-半導体間の異材界面における原子の再配列を実現する.これは,電子と原子の力学的相互作用,すなわち電子風力を原子配列の「揺さぶり」として作用させることにより,自発的に原子を最小ポテンシャルエネルギーの位置へと再配列させる独創的な手法である.これにより,結晶方位の整列,結晶粒の増大,最密結晶面の増加,欠陥の消滅を誘起し,前人未到の異材界面における原子配列制御を実現し,半導体製造プロセスにおける原子スケール界面制御手法を創出する.さらに,高周波電流がなす原子の駆動機構を解明し,熱処理に依らない電子風力を基盤とした原子配列・結晶構造の制御法として学理構築を目指す.

  4. しなやかな電子回路に用いる金属ナノ粒子配線の信頼性評価法の構築と強度向上法の探究

    研究課題/研究課題番号:22H01349  2022年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    笹川 和彦, 藤崎 和弘, 徳 悠葵

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    担当区分:研究分担者 

    ウェアラブル電子機器などに、フレキシブルなフィルム基板に形成されたしなやかな電子回路が用いられるようになった。これを構成する柔らかな電子回路配線は、フィルム基板上に金属ナノ粒子を分散したインクを直接インクジェットプリンタなどにより印刷して作製される。
    本研究では、金属ナノ粒子でできたフレキシブル電子配線を対象として、電流負荷環境下における損傷機構を考慮して寿命予測を行う数値シミュレーションを開発し、高精度な信頼性評価法を構築する。さらに、実験と開発した数値シミュレーションにより、強度向上法として期待する同配線に対する残留応力導入と新規構造の導入を行う強度向上法について探究する。

  5. しなやかな電子回路に用いる金属ナノ粒子配線の信頼性評価法の構築と強度向上法の探究

    研究課題/研究課題番号:23K22620  2022年4月 - 2026年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    笹川 和彦, 徳 悠葵, 藤崎 和弘

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    担当区分:研究分担者 

    ウェアラブル電子機器などに、フレキシブルなフィルム基板に形成されたしなやかな電子回路が用いられるようになった。これを構成する柔らかな電子回路配線は、フィルム基板上に金属ナノ粒子を分散したインクを直接インクジェットプリンタなどにより印刷して作製される。
    本研究では、金属ナノ粒子でできたフレキシブル電子配線を対象として、電流負荷環境下における損傷機構を考慮して損傷が進行する過程の数値シミュレーションを開発し、高精度な信頼性評価法を構築する。さらに、実験と開発した数値シミュレーションにより、強度向上法として期待する同配線に対する残留応力導入と新規構造の導入を行う強度向上法について探究する。

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産業財産権 1

  1. 金属膜の製造方法

    徳 悠葵, 巨 陽, 杉浦 弘太郎

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    出願番号:特願2018-089960  出願日:2018年5月

    公開番号:特開2019-196509  公開日:2019年11月

    特許番号/登録番号:特許07126681  登録日:2022年8月 

 

担当経験のある科目 (本学) 24

  1. 材料科学第1

    2020

  2. 設計基礎論

    2020

  3. 機械・航空宇宙システム研修

    2020

  4. 機械・航空宇宙工学序論

    2020

  5. 材料強度・評価学特別実験及び演習B

    2020

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担当経験のある科目 (本学以外) 15

  1. 材料力学及び演習

    名古屋大学)

  2. 設計基礎論B

    名古屋大学)

  3. 破壊強度学特論

    名古屋大学)

  4. 機械・航空工学科実験第1・第2

    名古屋大学)

  5. 機械・航空工学科実験第1・第2

    名古屋大学)

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