次世代航空機用材料の中で特に高機能と信頼性を必要とする機体構造材やジェットエンジン用ガスタービン部材では高温長時間使用時の環境下において物理的、化学的な要因が組合わさり劣化が進行する。部材としての供用時間を推定するためには、材料の劣化、亀裂や破壊にいたるメカニズムの考察とその発生にいたる時間の考察が重要となる。一般に破壊のプロセスでは、欠陥生成→亀裂発生・進展→破壊にいたると考えられ、メカニズム解明にはそれぞれのスケールに対応した計測技術が必要である。
　そのためには、特にその初期、つまり空孔欠陥が合体して生じる数10nmの欠陥の生成、それが数 100 nmの初期亀裂となり、数μm以上の亀裂として進展して破壊にいたる様子を観察することが必要となる。そこで、次世代航空機用材料の中で最も重要な3つの材料系であるFRP、耐環境性セラミックスコーティング、耐熱合金等の複合材料について以下の三点からの計測技術による研究を実施する。
（１）放射光X線CTを用いて、亀裂の発生直後の初期状態と３次元空間中を異方的に進展する過程を非破壊で３次元的挙動を解明する
（２）放射光XAFS、XRD、STXMを用いて、初期亀裂が発生もしくは分岐する部位の化学結合状態（例、高温酸化で変質している）に関する情報を得る
（３）陽電子消滅法を用いて、亀裂につながる材料中の亀裂発生前に形成される空孔欠陥の観察を行う

こうした、マルチスケールの劣化や破壊の観察により得られた情報を、下記の通り計算科学（熱力学安定性、マイクロメカニックス）に展開して材料イノベーションにつなげる。
1. 複合材料部材全体の強度を決めている材料の構造不均一性の最も弱い部分をみつける。
2. その最弱部が、実環境下（高温、外力印加）で、欠陥生成→亀裂発生・進展→破壊にいたる動的な経時変化を明らかにする。
3. 多面的総合計測手法により明らかになった複合材料中の亀裂の進展という速度論的もしくは非平衡論的因子を、計算科学と融合し、航空機用部材全体としてのマテリアルズインテグレーションを実現する。

●成果発表
　●論文

• "Finding “Trigger Sites” of Reactions Among Heterogeneous Materials from X-ray Microscopic Big Data Using Persistent Homology"
  Kimura, M., Obayashi, I., Kido, D., Niwa, Y., Gao, X., Akagi, K.
  TMS 2024 153rd Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings, (2024) 784.
• "Micromechanism of Heterogeneous Reduction of Iron Ore Sinters Investigated by Synchrotron X-Ray Multimodal Analysis"
  Yasuo Takeichi, Reiko Murao, Masao Kimura
  ISIJ International, 63 (2023) 2017.
• "Unique atomic structure of metals at the moment of fracture induced by laser shock"
  Yasuhiro Niwa, Kei Takahashi, Tokushi Sato, Kouhei Ichiyanagi, Hitoshi Abe, Masao Kimura
  Materials Science and Engineering A, 831 (2022) 142199.
• "Low Friction Mechanism Survey of Tungsten Disulfide by Using XRD, XPS, and XAFS"
  Ayaka Takahashi, Yasuo Takeichi, Masao Kimura & Keizo Hashimoto
  Tribology Letters, 69 (2021) 84.
• "Time-Resolved Observation of Phase Transformation in Fe­-C System during Cooling via X-ray Absorption Spectroscopy"
  Yasuhiro Niwa, Kei Takahashi, Kouhei Ichiyanagi and Masao Kimura
  Materials Transactions, 62 (2021) 155.
• "Nanoscopic origin of cracks in carbon fibre-reinforced plastic composites"
  Masao Kimura, Toshiki Watanabe, Yasuo Takeichi & Yasuihiro Niwa
  Scientific Report, 9 (2019) 19300.
• "Development of in situ cell for simultaneous XAFS/XRD measurements at high temperatures"
  Ken’ichi Kimijima Toshiki Watanabe Yasuo Takeichi Yasuhiro Niwa Masao Kimura
  Radiation Physics and Chemistry, (2019). https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2019.02.012
• "Finding Degradation Trigger Sites of Structural Materials for Airplanes Using X‐Ray Microscopy"
  Masao Kimura, Yasuo Takeichi, Toshiki Watanabe, Yasuhiro Niwa, Ken'ichi Kimijima
  The Chemical Record, 19 (2019) 1462.
• "Progress report on construction of a low-energy positron diffraction (LEPD) experiment station at KEK"
  Ken Wada, Tetsuroh Shirasawa, Izumi Mochizuki, Masanori Fujinami, Toshio Takahashi, Masaki Maekawa, Atsuo Kawasuso, Masao Kimura, Toshio Hyodo
  JJAP Conf. Proc., 7 (2018) 011301.
• "Non-empirical identification of trigger sites in heterogeneous processes using persistent homology"
  Masao Kimura, Ippei Obayashi, Yasuo Takeichi, Reiko Murao and Yasuaki Hiraoka
  Scientific Reports, 8 (2018) 3553.
• "In Situ XAFS Observation of Chemical Species Near Solid/Liquid Interface in a Model Reaction of Pitting Process"
  Ken'ichi Kimijima, Yasuhiro Niwa and Masao Kimura
  ECS Transactions, 77 (2017) 831.
• "Chemical state mapping of heterogeneous reduction of iron ore sinter"
  M. Kimura, Y. Takeichi, R. Murao, I. Obayashi, Y. Hiraoka and Y. Liu
  J. Phys.: Conf. Ser., 849 (2017) 012015.
• "In situ observation of reduction kinetics and 2D mapping of chemical state for heterogeneous reduction in iron-ore sinters"
  M. Kimura, R. Murao, N. Ohta, K. Noami, Y. Uemura, Y. Niwa, K. Kimijima, Y. Takeichi and H. Nitani
  J. Phys.: Conf. Ser., 712 (2016) 012077.