薄膜機械物性・密着性の最新計測技術と評価方法

材料の薄膜化と表面改質は、摩擦・磨耗・耐圧性、加工・切削性、撥水・疎水性・耐食などの表面特性だけではなく、薄膜全体の強度、電気抵抗、光学吸収、物質浸透などの様々な特性を大きく変化させ、材料に高いパフォーマンスを持たせることができる。 　しかし、このようなモノづくりは、莫大な開発コストが必要である。 　一方、薄膜の機械物性と薄膜密着性は、ナノメートル領域物性であり、材料機能の発現・抑制因子としてマクロな効果・現象を大きく左右し、材料の設計指針となっている。 　このような材料の設計指針を明らかにすることができれば、開発時の実験パラメータを減らし、巨大な開発コストを抑え、開発期間を大幅に短縮させることができる。 　しかし、これら薄膜物性は、広く実用されているにも関わらず、計測手法を正確に理解せず、ミクロ観点からマクロな効果につなぐような解釈ができないのが現状である。 　本講座は、硬さ・弾性率・降伏強度・粘弾性・密着性・熱応力などの薄膜機械物性の評価について、基礎からこれら物性値の真意を明らかにし、最先端の定量計測技術までしっかり解説する。 　さらに、薄膜密着性評価だけではなく、要因解析など、話題の最新実用薄膜材料の応用例を紹介する。

1. はじめに
   1. ものづくりへの新たな期待
   2. 「ナノ物性」と材料設計の指針
2. 最新実用ナノ物性評価の3大手法の紹介
   1. ナノプローブを用いたナノ領域の物性解析技術
   2. 薄膜の熱・機械物性の計測技術
   3. ナノ・マイクロ化学状態分析技術
3. 薄膜機械物性の最新計測技術
   1. ナノインデンテーション法と計測基礎
      1. 硬さ・弾性率の定義と計測原理
   2. 高精度ナノインデンテーション法と硬さ・弾性率計測
      1. 超薄膜での測定事例
      2. 局部領域での測定事例
   3. 高低温ナノインデンテーション法と硬さ・弾性率の温度依存性計測
      1. 計測法の信頼性の検証
      2. ソフト薄膜材料への適用
      3. 熱的安定な分子構造を持つ薄膜の測定事例
      4. 熱的不安定な分子構造を持つ薄膜の測定事例
   4. 球形ナノインデンテーション法と弾性率・降伏強度の計測
      1. 計測法の原理と紹介
      2. 単結晶Cuと薄膜での測定事例
   5. まとめ
4. ナノ粘弾性の最新計測技術
   1. ナノ粘弾性評価の現状と問題点
      1. 粘弾性とナノインデンテーション
      2. 時間依存インデンテーション法と計測基礎
      3. ナノ粘弾性評価の問題点と解決ポイント
   2. 環境制御と温度分散計測の実現
      1. ソフト薄膜材料への適用
      2. ナノ粘弾性計測法の信頼性の検証
      3. 環境劣化樹脂の応用例
   3. まとめ
5. 薄膜密着性の最新定量計測技術
   1. 薄膜密着性の定量評価
      1. 密着性とは
      2. 密着性の定義と定量化
      3. 従来の薄膜密着性測定法と問題点
      4. 密着性定量化の実現
   2. 凝集エネルギー定量評価法
      1. pointbending (4PB) 法
   1. Doublecantileverbeam (DCB) 法
   2. Essentialworkforcohesion (EWC) 法
   3. 最新の応用事例:
   3. 微小領域の密着性評価法
      1. 高感度NanoScratch法 (NS法)
      2. NS法と4PB法の密着性の相関
      3. 密着性向上のメカニズムの解析の応用事例
   4. 薄膜密着性の要因解析
   5. まとめ
6. 薄膜熱応力と熱膨張係数の評価
   1. 薄膜熱応力の定量評価
      1. 薄膜内部応力の計測原理
      2. リアルタイム曲率測定法の紹介
      3. 熱膨張係数の算出
   2. 薄膜の内部熱応力の把握
      1. SiO2膜/Si基板の計測事例
      2. 内部応力の緩和時の応用事例
      3. 薄膜の構造変化時の応用事例
   3. まとめ
7. 最新総合応用事例
   1. マクロ的な効果・現象とナノ物性の相関
      1. MoDTC/ZDDPトライボフィルムの摩擦特性
      2. DLC薄膜表面の低摩擦化機構解析
8. おわりに
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