4.3%を超える巨大弾性歪みを示す金属を開発

• バルク銅系合金において金属学の常識を覆す4.3%の弾性歪み(注１)を超える大きな弾性変形が発現
• ヤング率(注２)が25GPa 以下で、歪みに対して低い応力のしなやかさを有しながら600MPa 以上の引張応力に耐えて元の形状に戻る高強度を実現
• ゴムのようなバルク金属材料であるため、ばね等の弾性構造材や「弾性歪みエンジニアリング」によるスマート材料としての応用へ期待

金属材料はあらゆる場面で利用されており、弾性率や強度など用途に応じて適した特性が求められます。特に人工骨、歯科用材料あるいは機械に用いる高性能ばねでは小さい力で大きく伸び縮みする弾性変形特性が求められることがあります。
　東北大学大学院工学研究科金属フロンティア工学専攻の許勝特任助教、貝沼亮介教授らの研究グループは、日本原子力研究開発機構、J-PARCセンター、チェコ科学アカデミー、チェコ工科大学、九州大学との共同研究により、バルク単結晶銅系合金において従来の実用金属より数倍も大きい弾性変形（弾性歪み>4.3%）を実現しました。通常、実用バルク金属材料の弾性歪みは約1%以下であり、本研究成果は画期的です。さらに、本合金では、応力と歪みの関係が直線となるフックの法則が成り立たず、応力の増大に従ってヤング率が小さくなる弾性軟化現象も確認されました。このような非線形(注３)で大きな弾性変形は、金属学の常識を覆すもので、高性能ばね材等への応用が期待されます。
　この研究成果は、2022 年9 月27 日（英国時間） に英国科学誌「Nature Communications」 にオンライン掲載され、Editors’ Highlights に選ばれました。

注1） 弾性歪み
材料が弾性変形領域において伸びる（圧縮される）場合で、元の長さに対する伸びた（縮んだ）割合を弾性歪みという。一般に、通常のバルク金属材料では１% 以下の弾性歪みを示す。
注2） ヤング率
材料を一軸引張もしくは圧縮で弾性変形させたときの、変形歪みに対する応力の比をヤング率と呼ぶ。一般に、高分子等柔らかい材料では低いヤング率を示すが、金属やセラミック等の腰の強い材料では高いヤング率を示す。
注3） 非線形
力と変形量の関係が比例関係にない状態を指す。

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タイトル： Non-Hookean large elastic deformation in bulk crystalline metals
著者： Sheng Xu, Takumi Odaira, Shunsuke Sato, Xiao Xu, Toshihiro Omori, Stefanus Harjo, Takuro Kawasaki, Hanuš Seiner, Kristýna Zoubková, Yasukazu Murakami, Ryosuke Kainuma
掲載誌： Nature Communications 13, Article number: 5307 (2022)
DOI： 10.1038/s41467-022-32930-9
Editors’ Highlights

工学研究院　村上 恭和　教授