研究内容

材料をナノスケールからマクロスケールまでの階層化された複雑な力学システムとみなし、材料力学、熱力学等の力学および重回帰分析等をベースとして、材料の力学、相転移および組織形成に関する研究をおこなっています。さらには、半導体材料の光物性の研究にも取り組んでいます。

基礎学問としては、結晶弾性論、マイクロメカニックス(微視的弾性論)、力学緩和理論、熱力学、ゆらぎの熱力学理論、材料組織学および相転移論等を重視、それらの基礎学問と機械学習、各種プログラミングを融合させて研究をおこないます。配属学生には、研究を通じて実験科学と計算科学を融合させ、その融合領域を担っていく人材として育ってもらいたいと考えております。

最近の研究内容

• 生体用チタン合金の低弾性率化に関する研究
  実験科学、結晶弾性論に基づく計算科学および機械学習(重回帰分析)を組み合わせて結晶構造、微細組織および集合組織といった階層化された異なるスケールの材料学的因子に支配される生体用チタン合金の弾性特性に対する研究をおこなっています。
  
  
  
• 生体用・構造用チタン合金の相転移および力学特性に関する研究
  相転移論、ゆらぎの熱力学理論および力学緩和理論を組み合わせて凍結された合金組成のゆらぎに支配される新たな相転移である無拡散等温オメガ変態を利用した材料の力学特性の制御に関する研究をおこなっています。
  
  
  
• 新規な弾性特性評価方法の構築と3Dプリンティング材料の力学特性評価
  重回帰分析を利用した逆問題解析に基づく新規な弾性特性の評価方法を構築し、それを3Dプリンティング(Additive manufacturing)で作製された材料に適用することで、3Dプリンティングで作製された材料の特性評価をおこなっています。
  
  
  
• マイクロメカニックス(微視的弾性理論)の構築に基づく、材料の弾性特性の解明
  Eshelbyの等価介在物理論に基づく独自のマイクロメカニックス理論(微視的弾性理論)であるEffective-mean-field理論を利用して、材料の弾性特性の解明をおこなっています。
  
  
  
• 炭素繊維に対するナノ力学
  Eshelbyの等価介在物理論に基づく独自のマイクロメカニックス理論(微視的弾性理論)を利用して、ナノレベルでの不均質な複合組織を有する炭素繊維の力学特性に対する研究をおこなっています。
  
  
  
• 半導体材料の光物性
  ZnOナノワイヤ、GaN、GaAs等を対象として、半導体の光物性の研究をおこなっています。
  
  
  

研究室紹介記事

• 紹介記事1
  (Techno-Net Web, 2024 Autumn No.606)
• 紹介記事2
  (生産と技術, Vol. 77, No.1, 2025)

研究関連のメディア報道

• 「弾性率 ミクロレベル解析　3Dプリント単結晶　機械学習使い実現」
  日刊工業新聞(31面) 2025年2月28日 新聞・雑誌
• 「チタン合金の弾力性制御 結晶に酸素加え変化抑える」
  日刊工業新聞(24 面) 2023 年7 月7 日 新聞・雑誌
• 「室温で結晶構造変化 チタン合金の原子不拡散 阪大など実証」 
  日刊工業新聞 17面 2019年5月13日 新聞・雑誌
• 「ナノクラスター高密度に 阪大、高弾性マグネ合金の構造解析 たわみにくさ2倍 実証」 
  日刊工業新聞 19面 2015年6月29日 新聞・雑誌
• 「金属材料の強度・弾性 追究」 
  日刊工業新聞 21面 2013年10月9日 新聞・雑誌
• 「微細単結晶の方向そろえ 弾性率を測定 車・航空機向けマグネ合金」 
  日刊工業新聞 23面 2013年10月9日 新聞・雑誌
• 「強くてしなやか 酸素添加で兼備 チタン合金 インプラント材に活用」 
  日刊工業新聞 26面 2012年10月2日 新聞・雑誌
• 「実際の骨により近く 阪大がインプラント材 骨折治療 患者の負担軽減」 
  日刊工業新聞 20面 2012年5月16日

主な研究業績

◆β型チタン合金の相転移、弾性特性および低ヤング率化メカニズムの解明およびチタンにおけるω相単相・単結晶の弾性特性の解明　　　　　　　　 　　 　　　 S. Higashino, D. Miyashita, T. Ishimoto, E. Miyoshi, T. Nakano, *M. Tane Low Young’s modulus in laser powder bed fusion processed Ti-15Mo-5Zr-3Al alloys achieved by the control of crystallographic texture combined with the retention of low-stability bcc structure  Additive Manufacturing, Vol. 102 (2025), 104720. *M. Tane, H. Nishio, D. Egusa, T. Sasaki, E. Abe, E. Miyoshi, S. Higashino Effects of aluminum and oxygen additions on quenched-in compositional fluctuations, dynamic atomic shuffling, and their resultant diffusionless isothermal ω transformation in ternary Ti–V-based alloys with bcc structure Acta Materialia, Vol. 255 (2023), 119034 (13 pages). *M. Tane,  H. Nishiyama, A. Umeda, N.L. Okamoto, K. Inoue, M. Luckabauer, Y. Nagai, T. Sekino, T. Nakano, T. Ichitsubo Diffusionless isothermal omega transformation in titanium alloys driven by quenched-in compositional fluctuations Physical Review Materials, Vol. 3 (2019), 043604. *M. Tane, S. Akita, T. Nakano, K. Hagihara, Y. Umakoshi, M. Niinomi, and H. Nakajima Peculiar elastic behavior of Ti-Nb-Ta-Zr single crystals Acta Materialia, Vol. 56, (2008), pp. 2856-2863. *M. Tane, S. Akita, T. Nakano, K. Hagihara, Y. Umakoshi, M. Niinomi, H. Mori and H. Nakajima Low Young’s Modulus of Ti-Nb-Ta-Zr Alloys Caused by Softening in Shear Moduli c’ and c44 near Lower Limit of Body-centered Cubic Phase Stability Acta Materialia, Vol. 58 (2010), pp. 6970-6978. *M. Tane, T. Nakano, S. Kuramoto, M. Hara, M. Niinomi, N. Takesue,T. Yano and H. Nakajima Low Young’s Modulus in Ti-Nb-Ta-Zr-O Alloys: Cold Working and Oxygen Effects Acta Materialia, Vol. 59 (2011), pp. 6975-6988. *M. Tane, T. Nakano, S. Kuramoto, M. Niinomi, N. Takesue and H. Nakajima ω Transformation in Cold Worked Ti-Nb-Ta-Zr-O Alloys with Low Body-centered Cubic Phase Stability and Its Correlation with Their Elastic Properties Acta Materialia, Vol. 61 (2013), pp. 139-150. *M. Tane, Y. Okuda, Y. Todaka, H. Ogi, A. Nagakubo Elastic properties of single-crystalline ω phase in titanium Acta Materialia, Vo. 61 (2013) pp. 7543-7554 *M. Tane, K. Hagihara, M. Ueda, T. Nakano, Y. Okuda Elastic-modulus enhancement during room-temperature aging and its suppression in metastable Ti-Nb-based alloys with low body-centered cubic phase stability Acta Materialia, Vol. 102 (2016), pp. 373-384. ◆単結晶育成を必要とせずに多結晶の弾性率から単結晶弾性率を決定可能な手法の構築 *M. Tane, K. Yamori, T. Sekino, T. Mayama Impact of grain shape on the micromechanics-based extraction of single-crystalline elastic constants from polycrystalline samples with crystallographic texture Acta Materialia, Vol. 122 (2017), pp. 236–251. ◆炭素繊維におけるナノスケールの微細構造および弾性特性の解明と炭素繊維材料に対するマイクロメカニックスモデルの構築 *M. Tane, H. Okuda, F. Tanaka Nanocomposite microstructures dominating anisotropic elastic modulus in carbon fibers Acta Materialia, Vol. 166 (2019), 75-84. T. Ishikawa, F. Tanaka, F. Uehara, M. Tane, Mesoscopic structure with high aspect ratio in PAN-based carbon fibers,  Carbon, Vol. 234 (2025), 120032. ◆長周期積層構造を有するマグネシウム合金の弾性特性とその支配因子の解明および単結晶弾性率を決定するためのInverse Voigt-Reuss-Hill近似の構築 *M. Tane, Y. Nagai, H. Kimizuka, K. Hagihara, Y. Kawamura Elastic properties of an Mg–Zn–Y alloy single crystal with a long-period stacking ordered structure Acta Materialia, Vol. 61 (2013), pp. 6338-6351 *M. Tane, H. Kimizuka, K. Hagihara , S. Suzuki, T. Mayama , T. Sekino, Y. Nagai Effects of stacking sequence and short-range ordering of solute atoms on elastic properties of Mg-Zn-Y alloys with long-period stacking ordered structures Acta Materialia, Vol. 96 (2015), 170–188.  ◆酸化物アモルファス材料、結晶化プロセス　　　　 アモルファス酸化物の弾性挙動および過冷却液体の結晶化プロセス *M. Tane, S. Nakano, R. Nakamura, H. Ogi, M. Ishimaru, H. Kimizuka, and H. Nakajima Nanovoid Formation by Change in Amorphous Structure through the Annealing of Amorphous Al2O3 Thin Films Acta Materialia, Vol. 59 (2011), pp. 4631-4640. *M. Tane, H. Kimizuka, and T. Ichitsubo Two distinct crystallization processes in supercooled liquid The Journal of Chemical Physics, Vol. 144 (2016), 194505 (10 pages)

◆ポーラス金属の力学特性　　　　 超音波計測による弾性率測定とマイクロメカニックスモデリング *M. Tane, T. Ichitsubo, H. Nakajima, S. K. Hyun and M. Hirao Elastic properties of lotus-type porous iron: acoustic measurement and extended effective-mean-field theory Acta Materialia Vol. 52, (2004) pp. 5195-5201. T. Ichitsubo, M. Tane, H. Ogi, M. Hirao, T. Ikeda and H. Nakajima Anisotropic elastic constants of lotus-type porous copper: measurements and micromechanics modeling. Acta Materialia, Vol. 50, (2002), pp.4105-4115. 衝撃(高速)変形および塑性変形挙動の解明  *M. Tane, T. Mayama, A. Oda, H. Nakajima Effect of Crystallographic Texture on Mechanical Properties in Porous Magnesium with Oriented Cylindrical Pores Acta Materialia, Vol. 84, (2015) 80-94. Y.H. Song, *M. Tane, and H. Nakajima    Peculiar Formation Mechanism of a Plateau Stress Region during Dynamic Compressive Deformation of Porous Carbon Steel with Oriented Cylindrical Pores Acta Materialia, Vol. 60, (2012),  pp. 1149-1160. T. Mayama, M. Tane, and Y. Tadano  Superior energy absorption in porous magnesium: contribution of texture development triggered by intra-granular misorientations Acta Materialia,Vol. 165 (2019), 62-72. Y.H. Song, *M. Tane, and H. Nakajima   Appearance of a Plateau Stress Region during Dynamic Compressive Deformation of Porous Carbon Steel with Directional Pores Scripta Materialia, Vol. 64, (2011), pp. 797-800. *M. Tane, T. Kawashima, H. Yamada, K. Horikawa, H. Kobayashi and H. Nakajima Strain-Rate Dependence of Anisotropic Compression Behavior in Porous Iron with Unidirectional Pores Journal of Materials Research, Vol. 25, (2010), pp. 1179-1190 アコースティックエミッション法を用いた引張変形挙動の解析  *M. Tane, R. Okamoto and H. Nakajima Tensile Deformation of Anisotropic Porous Copper with Directional Pores Journal of Materials Research, Vol.25, (2010), pp. 1975-1982. 降伏および塑性変形挙動の解明およびマイクロメカニックス計算 *M. Tane, T. Ichitsubo, S. K. Hyun and H. Nakajima Anisotropic yield behavior of lotus-type porous iron: Measurements and micromechanical mean-field analysis. Journal of Materials Research Vol. 20, (2005) pp. 135-143.

◆平均場近似法（マイクロメカニックス）を用いた不均質材料の物性予測法の確立 弾性率および熱膨張率計算手法の確立 *M. Tane and T. Ichitsubo Effective-mean-field approach for macroscopic elastic constants of composites. Applied Physics Letters Vol. 85, (2004) pp. 197-199. *M. Tane, S. K. Hyun and H. Nakajima Evaluation of elastic and thermoelastic properties of lotus-type porous metals via effective-mean-field theory. Scripta Materialia Vol. 54, (2006) pp. 545-552.多相組織の電気伝導率計算手法の確立 *M. Tane, S. K. Hyun and H. Nakajima Anisotropic electrical conductivity of lotus-type porous nickel. Journal of Applied Physics Vol. 97, (2005) 103701 (4 pages). *M. Tane and H. Nakajima Effective-mean-field theory for electrical conductivity of multiphase composite materials. Japanese Journal of Applied Physics Vol. 46, (2007) pp. 5221-5225. 降伏応力計算手法の確立 *M. Tane, T. Ichitsubo, M. Hirao and H. Nakajima Extended mean-field method for predicting yield behaviors of porous materials. Mechanics of Materials Vol. 39, (2007) pp. 53-63.

◆一方向凝固によるポーラス金属の作製 ガス化合物粉末を利用したポーラス金属の作製 *M. Tane and H. Nakajima Fabrication of Porous Magnesium with Directional Pores through Use of Hydrogen Thermally Decomposed from MgH2 Powders during Unidirectional Solidification Journal of Materials Research, Vol. 23, (2008) pp.849-855.

◆2相ステンレス鋼の熱脆化に伴う弾性特性変化の解明 *M. Tane, T. Ichitsubo, H. Ogi and M. Hirao Elastic property of aged duplex stainless steel. Scripta Materialia Vol. 48, (2003) pp. 229-234.