京都⼤学⼤学院エネルギー科学研究科 澄川貴志 教授、杉坂浩太 同博⼠課程学⽣、東京⼤学⽣産技術研究所 梅野宜崇 教授、⼭梨⼤学⼤学院総合研究部 島弘幸 教授、名古屋⼤学未来材料・システム研究所 荒井重勇 特任准教授らを中⼼とした研究チームは、数百ナノメートルサイズの⾦属単結晶に対する引張圧縮疲労試験を実現し、転位の枯渇により⾼い疲労耐性が発現する機構を明らかにしました。さらに、この知⾒を基に、⾦属単結晶にナノメートルサイズの孔を周期的に設けたナノ構造化⾦属メタマテリアルを作製し、均質材に⽐べて相対密度を約半分に抑えながら、約2倍の疲労耐性を⽰すことを実証しました。 ⾦属が繰り返し負荷を受けると、結晶内部では原⼦配列が局所的に乱れた領域（転位注1）が集まり、⾃⼰組織化した疲労転位構造が形成されます。この構造が、疲労破壊のきっかけとなるき裂の発⽣につながります。また、材料中に孔を空けると、その周囲に⼒（応⼒）が集中して疲労破壊が起こりやすくなるため、従来の材料設計では孔をできるだけ避けることが⼀般的でした。 本研究では、⾦属単結晶中にナノメートル間隔で周期的に孔を配置すると、転位は孔の表⾯から⽣じる⼒学的作⽤によって材料の外へ放出され、内部の転位が枯渇することを明らかにしました。その結果、疲労破壊の発⽣につながる転位の⾃⼰組織化が抑えられ、軽量化と⾼い疲労耐性を両⽴できることを⽰しました。これまで強度上の弱点と考えられてきた孔を逆に積極的に利⽤するという、⾦属疲労における材料設計の常識を覆す成果であり、軽量で壊れにくい材料を実現するための新たな設計概念として幅広い応⽤が期待されます。 本研究成果は、2026年8⽉23⽇（中央ヨーロッパ夏時間）に国際学術誌『Advanced Materials』にオンライン掲載されました。

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