電気自動車（EV）普及の鍵として注目を集める全固体電池。ポストリチウムイオン電池として出力特性、エネルギー密度などの性能面に加えて、急速充電、安全性、作動温度を改善できる究極の蓄電デバイスとして実用化に大きな期待が寄せられています。現在、世界各国で研究が盛んに行われ、2035年には2兆円を超える市場規模とも言われています。その全固体電池研究の最先端を走る東京工業大学 菅野教授が語る全固体電池の研究開発の現状とその未来とは。
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NanoBlitz 4D はナノメカニクス社のコントローラの超高速積算能力と高感度アクチュエータの組み合わせで、1 インデントを3.5 秒で実現し、最高30 × 30 のデータ密度で、ダイナミック試験を連続実行し、機械特性にXYZ 軸の座標系を加えた4D データの取り込みを行います。さらなるスピードアップ、最大データ数の増加、対応試料の範囲の増加のために開発が続けられています。
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EV(電気自動車)の駆動を支えているのはバッテリとモーターです。EV用車載バッテリを安全にかつ効率的に評価するためにどんな試験を行う必要があるのでしょうか？
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EV（電気自動車）の充電規格は国ごとに異なり、充電時の思わぬトラブルや、正常充電が行えない事態が生じています。EV/PHEVの普及が急速に進む中国で、充電実験をしました。
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スマートフォンの画面に貼り付けるフイルムには、傷つき等から保護するために様々な機能が施されています。今回、ナノインデンターで表面の硬度・ヤング率の違いや回復性、割れ性等の様々な機械特性を評価しました。高分子材料の材料に対し、このような評価がナノインデンターで実現できるという参考にしていただけましたら幸いです。
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金属部品の表面強度を上げるために、ショットピーニングや焼入れ等の様々な手法が用いられています。ナノインデンターでは試料の極表層の硬度・ヤング率を高精度に測定することができるため、表面改質の結果を定量的に評価することが可能です。
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金属部品は目的に応じて様々な加工が施されています。その中でもメッキによる表面処理は非常に幅広く用いられ、コスト・耐摩耗性・耐腐食性・デザイン性等の様々な理由で材質を変えています。ナノインデンターではそれらの表面強度を高精度に測定することが可能です。
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ナノインデンターを用いて微小領域における、高分子の粘弾性の試験を行うことが可能です。CSMを利用し、加振周波数を変更した場合の貯蔵モジュラス(E’)，損失モジュラス(E”)，損失正接(LF)を評価します。
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高速化技術により、1測定点におけるヤング率と硬度が数秒で測定できるようになりました。従来に比べ測定時間を1/60～1/300に短縮することができます。測定試料のヤング率と硬度を2次元的にマッピングし、その分布を画像化することが可能となりました。
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日本で販売・実用化されたリチウムイオン電池(LIB)ですが、小型携帯用電池におけるシェアは韓国・中国製が増え、逆に日本は減少しています。自動車用の大型電池については高いシェアを誇っていますが、こちらも低下が懸念されています。LIBは、エネルギー密度が高い蓄電池として注目され、各分野への応用がなされていますが、今後、エネルギー密度の高さと安全性の確保の両立が重要となります。 車の自動運転化が進めば、さらに車の電気自動車化も進み、蓄電池はますますキーテクノロジーとしての重要性が増すでしょう。そこで、早稲田大学の逢坂哲彌先生は、学術研究の見地から研究開発体制をセットアップし、蓄電池の診断技術開発、電池システムを運用する技術へと総合的に組み合わせる体制をスタートアップしています。
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薄膜の品質管理において製造プロセスと薄膜特性の関係を明確にすることは非常に重要です。硬さ試験に関してはナノノインデンターを利用することで、より薄い膜厚に対しても評価が可能になりました。では、どの程度の僅かな違いが評価可能なのでしょうか？僅かな違いを判定するためには経験的には、いわゆる「Ｎ増し」を行います。しかし、ナノインデンターの測定では１試料に対して行う試験数は10回程度ではないでしょうか？もし、測定時間が律速になり、試験数が制限されるのであれば、Keysight Technologies社のExpress Test機能がその制限を解消します。この機能では1秒で1回の押し込み試験を完了させることが可能です。 本紹介事例では、この機能を利用して短時間に大量に収集した試験結果に対する統計的な 有意差の判定について紹介します。
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破壊靱性は材料の破壊に対する強さを示す指標の一つで「硬さ」ではなく「もろさ」を示すパラメータです。材料の亀裂が大きくなることに対する抵抗の強さを示します。セラミック材料は硬い反面、もろい傾向にあり、JIS R-1607ではファインセラミックの破壊靱性試験方法が定義されています。この規格では、予め亀裂を作った材料に曲げ試験を行う「予亀裂導入破壊試験法」とビッカース圧子の押し込みにより材料に亀裂を形成する「圧子圧入法」があります。本紹介事例ではナノインデンターを用いた「圧子圧入法」による破壊靱性試験について紹介しましす。
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ナノインデンターは一般的には薄膜や微小部位の硬度やヤング率を測定する為に利用されます。しかし、ナノインデンターには圧壊試験機としての側面もあります。当然、一般的な圧壊試験機に比べれば、桁違いに小さな荷重の印加になります。しかし、微小荷重と微小変位の制御と検出が可能な能力を利用することで、通常の圧壊試験機では不可能な微粒子やマイクロピラーの圧縮試験機として利用が可能です。本事例ではナノインデンターの微小荷重圧壊試験機として側面を紹介させて頂きます。
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MEMSは「Micro Electro Mechanical Systems」の略称で、シリコンやガラスなどの基板上に電子回路と微小動作（駆動）する機械要素部品を集積したデバイスです。圧力センサー、加速度センー、 マイクロミラー、RF-MEMSスイッチ等、幅広い産業で利用されています。微小荷重(負荷）と微小変位の検出・制御が可能なナノインデンターを利用することでMEMS内で使用されている機械要素部品の曲げ試験や疲労試験が可能になります。本事例ではナノインデンターを利用した微小機械要素部品の機械特性評価例を紹介させて頂きます。
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クリープ現象とは試料に印加する試験荷重を一定に保持した場合に、試験時間の経過とともに押込み深さ（試料変形）が増大する現象です。ゴムや高分子材料では室温で発生する現象です。金属材料の場合、一般的には高温環境下で発生する現象ですが、スズや鉛など融点の低い金属では室温でも発生することが知られています。クリープ評価は硬度やヤング率同様にISO14577で規定されています。ナノインデンターでクリープ試験を実施することで、より小さな試験力を制御し、わずかな変位を検出できるだけでなく、薄膜材料や微小部位に対する試験も可能になります。
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粘着テープや粘着シートの粘着力試験には、ピール試験、ローリングボールタック試験、 プローブタック試験があります。殆どの場合、ｍｍオーダー以上の面積に対する粘着性 の評価です。ナノインデンターを利用したプローブタック試験では１ｍｍ角以下の微小領 域に対する粘着性を評価可能です。ピール試験と異なり基材の影響を受けないだけなく、 多点測手機能による粘着性の面内マッピグも可能になります。
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ナノインデンテーションの規格であるISO-14577には、ナノインデンテーションで得られた硬度(H_IT）とビッカース硬さ（HV）の関係式が紹介されています。しかし、この関係式で得られた数値をＨＶに置き換えることはできません。また、６μｍ以下の浅い押し込み深さには関係式自体が適用できない事がISO-14577では述べられています。 そこで、ナノインデンターで直接ビッカース硬さを求める試験を紹介させて頂きます。この試験では、 ナノインデンターの特徴である押し込み深さ計測から接触面積を算出するため、通常のビッカース試験では必須である圧痕観察も不要になります。
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薄膜の密着性評価は産業界の様々な分野で重要な評価項目です。ナノインデンターによるスクラッチ試験は密着性評価法として利用されています。しかし、この試験方法では膜の剥離と破壊（破砕）の区別が困難な場合もあります。押し込み試験による密着性評価はスクラッチ試験に比べ、試験が簡単であるだけでなく、膜自体の破壊（破砕）の影響をほとんど受けない密着性評価が実現できます。
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サブμmレベル～数μmレベルの薄膜の硬度・ヤング率を測定可能なナノインデンターを用いて、スクラッチ試験(ひっかき試験)を行うことにより、薄膜の摺動特性、耐摩耗性、密着性等を評価することが可能です。スクラッチ試験後の残留痕に対する光学像観察に加え、スクラッチ前後の試料形状とスクラッチ試験中の試料変形も保存可能です。
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近年、明るい話題が少なかった日本の半導体産業。そのような状況下、飛び込んできた赤﨑勇・名城大学教授、天野浩・名古屋大学教授、中村修二・米カリフォ ルニア大学サンタバーバラ校教授、の日本人3 氏が2014 年ノーベル物理学賞を受賞したというニュースは、半導体業界のみならず日本国民全体が注目する話題となっています。
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