慶應義塾研究者情報データベース

総合紹介 【 表示 ／ 非表示 】

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• 高付加価値型ものづくりを実現するための、マイクロ・ナノ領域での材料除去・変形および物性制御に基づく高精度・高効率・省エネ・省資源の加工技術の研究開発に取り組んでいる。特に超精密機械加工、マイクロ・ナノ構造形成、レーザ加工・欠陥修復などを中心に新技術の提案ならびにその原理の解明を進めている。

経歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 2000年04月

  -

  2001年09月

  東北大学工学研究科助手

• 2001年10月

  -

  2005年03月

  北見工業大学助教授

• 2005年04月

  -

  2007年03月

  東北大学工学研究科助教授

• 2007年04月

  -

  2012年03月

  東北大学工学研究科准教授

• 2008年02月

  -

  2008年04月

  シドニー大学日本学術振興会特定国派遣研究者

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学歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• 1991年07月

  吉林大学, 工学部, 機械工学科

  大学, 卒業

• 1994年03月

  吉林大学, 工学研究科, 機械工学専攻

  大学院, 修了, 修士

• 1996年01月

  清華大学, 工学研究科, 精密機械学専攻

  大学院, 退学, 博士

• 2000年03月

  東北大学, 工学研究科, 機械電子工学専攻

  大学院, 修了, 博士

学位 【 表示 ／ 非表示 】

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• 博士（工学）, 東北大学, 課程, 2000年03月

研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

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• ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 加工学、生産工学 （精密工学・機械加工学）

• ナノテク・材料 / 材料加工、組織制御 （材料加工・処理）

• ナノテク・材料 / ナノマイクロシステム （マイクロ・ナノデバイス）

• ナノテク・材料 / 複合材料、界面 （応用物性・結晶工学）

研究キーワード 【 表示 ／ 非表示 】

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• 超精密加工

• マイクロ・ナノ加工

• レーザプロセッシング

• 電気加工

• ナノメカニクス

著書 【 表示 ／ 非表示 】

著書 【 表示 ／ 非表示 】

• Advanced Ceramic Coatings: Fundamentals, Manufacturing, and Classification, R. K. Gupta, A. Motallebzadeh, S. Kakooei, T. A. Nguyen, A. Behera (eds.)

  P. J. Liew, J. Yan, C. Y. Yap, Elsevier B. V., 2023年06月

  担当範囲: Chapter 19: Electrical discharge coating with quarry dust powder suspension,  担当ページ： 433-460

• Multidisciplinary Science in Micro/Nanoscale Manufacturing

  J. Yan (Guest editor), Elsevier B.V., 2020年12月

  担当範囲: International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 159 (Special Issue)

• Micro and nanoscale laser processing of hard brittle materials

  J. Yan and N. Takayama, Elsevier B.V., 2019年11月,  ページ数： 242

  担当範囲: 1-242

• リチウムイオン二次電池用シリコン系負極材の開発動向

  閻 紀旺, シーエムシー出版, 2019年11月,  ページ数： 251

  担当範囲: 第3章 レーザ照射による廃シリコン粉末からのマイクロピラー形成とその負極特性, 20-33

• Micro and Nano Fabrication Technology

  J. Yan (ed.), Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2018年05月

  担当範囲: 1-959

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

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• Surface morphology formation and subsurface microstructure evolution of zirconia in ultrasonic vibration-assisted burnishing

  Huang W., Tsuchida T., Yan J.

  Journal of Materials Processing Technology 333 2024年12月

  ISSN  09240136

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  Yttria-stabilized zirconia (YSZ) is an outstanding ceramic material with applications in dentistry, biomedical, and mechanical device, where a smooth and durable surface is required. This study employed ultrasonic vibration-assisted burnishing (UVB) to enhance the surface hardness of YSZ while simultaneously reducing its roughness. The surface topography formation, subsurface microstructure evolution, and surface hardness change of YSZ were investigated. It was found that a smooth surface with an average roughness (Ra) of 0.12 μm was achieved using UVB, representing 67.6 % reduction in surface roughness from the original sintered surface, which is attributed to the burnishing-to-cutting phenomenon during the processing. The UVB-induced compression and material densification prevented the formation of the monoclinic phase during the processing of YSZ. Grain refinement and crystal lattice distortion occurring in the subsurface layer led to an increase in surface hardness, reaching up to 19.7 % higher than that of the original sintered surface. Moreover, the UVB-processed surface demonstrated a high resistance to mechanical impacts, effectively inhibiting the tetragonal-to-monoclinic phase transformation in indentation testing. These findings demonstrate that UVB is an effective approach for enhancing the surface and subsurface properties of the material.

  • Access to Document (DOI)

• Achieving ultra-low wear of Ti6Al4V alloy by introducing a sinusoidal nitriding layer via nanosecond pulsed laser irradiation

  Zhang H., Wang C., Huang H., Yan J., Zhang L., Jiang M., Zhang Z.

  Tribology International 200 2024年12月

  ISSN  0301679X

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  Introducing wear-resistant layers or constructing microtextures is normally employed to improve the wear resistance of materials. However, single role of the wear-resistant layer or microtexture still could not effectively address the wear issue of titanium alloys. In this study, a sinusoidal nitriding layer is directly fabricated on the Ti6Al4V surface by one-step laser irradiation. Chemical composition and microstructure analysis indicate that the nitriding layer contains TiN and α-Ti phases, and it is metallurgically bonded to the heat-affected zone. Friction wear tests show a 96.9 % reduction in wear rate with dry sliding and 99.6 % with oil lubrication, without exhibiting groove orientation dependence. The wear mechanism is discussed by scrutinizing the morphology of the wear scars and their corresponding cross-sections.

  • Access to Document (DOI)

• Influence of crystallinity on micro-nano structure response of Zr-based alloys treated by nanosecond laser

  Qian Y., Hong J., Jiang M., Zhang Z., Huang H., Yan J.

  Optics and Lasers in Engineering 183 2024年12月

  ISSN  01438166

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  Understanding the processes and mechanisms of laser-matter interaction is fundamental to the treatment of materials by using laser-based methods, but it is quite challenging because the response of matter to laser irradiation is influenced by many factors, especially the intrinsic properties of the matter. In this study, the influence of crystallinity on micro-nano structure response of Zr-based alloys (Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5) treated by nanosecond laser is investigated. The microscopic topographies and geometrical dimensions of the laser-induced micro-nano structures formed on the surface of Zr-based alloys with different crystallinity have been explored and compared. The experimental results indicate that the microstructural transformation between micro-concave and micro-convex is observed for both amorphous and crystallized Zr-based alloys, i.e., independent of the arrangement of the internal atomic structure. The geometrical dimensions of the laser-induced micro-nano structures and the critical peak laser power intensity required for the microstructural transformation are different, which can be attributed to the difference in thermal conductivity. Inspired by laser-induced micro-convex, a point-by-point laser patterning technique has been proposed for highly efficient and flexible preparation of micro-nano patterns. Importantly, this patterning technique exhibits ultra-high processing efficiency with a material accumulation rate of more than 1012 μm3/s. This work paves an avenue for understanding the laser-matter interaction and is expected to facilitate the advanced functional applications of Zr-based alloys in many fields.

  • Access to Document (DOI)

• Abnormal wetting behavior transformation in RB-SiC composite induced by laser irradiation and annealing treatment

  An H., Qian Y., Zhang Z., Huang H., Yan J.

  Chemical Engineering Journal 499 2024年11月

  ISSN  13858947

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  Multifunctional reaction-bonded silicon carbide (RB-SiC) surfaces with tailored wetting behaviors have garnered notable interest due to their potential applications across various fields. However, the inherent hard-brittle nature of RB-SiC ceramics poses substantial challenges for the facile and controllable preparation of homogeneous and heterogeneous wetting surfaces via conventional techniques. Herein, taking advantage of the fact that laser irradiation of RB-SiC can induce the formation of SiO2 phase and that SiO2 with high surface energy can inhibit the adsorption of organic matter, the surface wetting characteristics of RB-SiC ceramics are flexibly tuned through a hybrid processing technique combining laser irradiation and annealing treatment. The SiO2 content of the laser-irradiated surface can be regulated by varying the laser processing parameters. In the subsequent annealing process, the laser-irradiated surface with low SiO2 content achieves a wettability transition from superhydrophilicity to superhydrophobicity, whereas the laser-irradiated surface with high SiO2 content remains superhydrophilic. Inspired by annealing-induced significant difference in wettability, gradient wetting and extreme wettability contrast surfaces are prepared, enabling the directional transport of droplets. The homogeneous superhydrophobic surfaces produced at different annealing temperatures exhibit distinct anti-icing capabilities and adhesion properties. Importantly, the prepared superhydrophobic surfaces with varying adhesion forces can achieve no-loss droplet transport. This study provides a straightforward, high-efficient, and low-cost method for fabricating RB-SiC surfaces with diverse wetting behaviors, thereby promising to expand their utility spectrum and practical applicability.

  • Access to Document (DOI)

• A cross-scale material removal prediction model for magnetorheological shear thickening polishing

  Tian Y., Ma Z., Ma X., Li L., Yan J.

  Journal of Materials Processing Technology 332 2024年11月

  ISSN  09240136

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  Conventional polishing methods face significant challenges for achieving excellent performance on complex surfaces. The magnetorheological shear thickening polishing (MRSTP) method, with its dual-stimulus response of shear thickening and magnetization enhancement, offers an effective solution for polishing complex surfaces. However, existing models fail to elucidate the cross-scale material removal mechanisms in MRSTP owing to the coupling of magnetic and flow fields. In this study, a comprehensive model was proposed to address the the challenge of predicting the cross-scale material removal rate (MRR) in MRSTP for complex surfaces. Analytical and finite difference methods were employed to solve the pressure distribution during the MRSTP process using magnetohydrodynamics. By incorporating the pressure distribution, an MRR predictive model was developed for arbitrary points on the workpiece surface based on the indentation theory for active abrasive grains. The material removal mechanism was explored by considering elastic and plastic deformation under fluid pressure. The experimental validation showed a relative error of 14.9 % between the theoretical and experimental MRR. Experiments on aero-engine blade tenons demonstrated that the established MRR model is well suited for application to complex surfaces. This study ultimately reveals the material removal mechanism of MRSTP with coupled magnetic and flow field, providing a new foundation for predicting MRR on complex surfaces.

  • Access to Document (DOI)

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総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

• レーザ活用による高付加価値創造マイクロ・ナノ加工

  閻 紀旺

  機械と工具 14 （ 11 ） 8 - 15 2024年11月

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 単著, 筆頭著者

• レーザ微細加工による機能表面の製作

  閻 紀旺

  レーザ協会誌 49 （ 1 ） 20 - 25 2024年11月

  記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）, 単著

• 金属付加製造品のレーザ研磨技術

  閻 紀旺

  砥粒加工学会誌 67 （ 8 ） 440 - 443 2023年08月

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 単著, 筆頭著者

• 硬脆材料の超精密延性モード加工

  閻 紀旺

  日本機械学会誌 125 （ 1247 ） 11 - 14 2022年10月

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 単著, 筆頭著者, 責任著者

• 超音波振動援用研削による炭素系難削材の加工

  閻 紀旺

  精密工学会誌 88 （ 7 ） 541 - 545 2022年07月

  記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 単著, 筆頭著者, 責任著者

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研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

• Scale-bridging surface structuring for functional performance improvement of components

  J. Yan

  7th CIRP CSI Conference on Surface Integrity 2024 （ブレーメン） , 

  2024年05月

  , 

  口頭発表（基調）

• Tool Dynamics-induced Surface Topography Error in Fast Tool Servo-Based Diamond Turning of Micro Dome Arrays

  T. Hashimoto, J. Yan

  7th CIRP CSI Conference on Surface Integrity 2024 （ブレーメン） , 

  2024年05月

  , 

  口頭発表（一般）

• Influences of tool tip geometry on surface/subsurface damage formation in nanoscratching of single-crystal 4H-SiC

  W. Huang, J. Yan

  7th CIRP CSI Conference on Surface Integrity 2024 （ブレーメン） , 

  2024年05月

  , 

  口頭発表（一般）

• Ultraprecision manufacturing for small optics

  J. Yan

  Nanotechnology and Precision Engineering (NPE) International Series Forum （Online） , 

  2024年04月

  , 

  口頭発表（招待・特別）

• 自由曲面加工における工具姿勢に起因する切削メカニズム変化

  川上凜太朗，閻 紀旺

  精密工学会第31回学生会員卒業研究発表講演会 （東京） , 

  2024年03月

  , 

  口頭発表（一般）

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

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• 日本機械学会賞（論文）

  L. Zhang, 佐藤裕亮, 閻 紀旺, 2024年04月, 日本機械学会, Optimization of fast tool servo diamond turning for enhancing geometrical accuracy and surface quality of freeform optics

  受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

• IJEM Best Editor Award

  J. Yan, 2024年01月, International Journal of Extreme Manufacturing (IJEM), IoP publishing

  受賞区分： 学会誌・学術雑誌による顕彰

• 精密工学会論文賞

  Lin Zhang, Allen Yi, 閻 紀旺, 2023年03月, 精密工学会, Flexible fabrication of Fresnel micro-lens array by off-spindle-axis diamond turning and precision glass molding

  受賞区分： 国内学会・会議・シンポジウム等の賞

• 2022 IJEM Best Paper Award

  Y. Sato, J. Yan, 2023年03月, International Journal of Extreme Manufacturing (IJEM), IoP publishing, Tool path generation and optimization for freeform surface diamond turning based on an independently controlled fast tool servo

  受賞区分： 学会誌・学術雑誌による顕彰

• 工作機械技術振興賞（論文賞）

  笠井慎平, 袖平智樹, 閻 紀旺, 2021年06月, 工作機械技術振興財団, 炭素拡散反応を用いた形彫り放電加工による多結晶ダイヤモンドの３次元形状創製

  受賞区分： 出版社・新聞社・財団等の賞

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担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

• 超精密加工計測

  2024年度

• マルチディシプリナリ・デザイン科学特別講義

  2024年度

• 理工学基礎実験

  2024年度

• 総合デザイン工学課題研究

  2024年度

• 機械工学創造演習

  2024年度

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

• 日本機械学会, 

  1997年04月

  -

  継続中

• 精密工学会, 

  1997年04月

  -

  継続中

• 砥粒加工学会, 

  2000年04月

  -

  継続中

• 応用物理学会, 

  2004年04月

  -

  継続中

• レーザ加工学会, 

  2009年01月

  -

  継続中

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委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

• 2024年01月

  -

  継続中

  Associate Editor, Journal of Materials Processing Technology

• 2022年05月

  -

  継続中

  理事, レーザ協会

• 2022年03月

  -

  継続中

  理事・執行理事・出版部会長・校閲委員長, 精密工学会

• 2019年04月

  -

  2022年03月

  学術誌編修部会委員, 日本機械学会

• 2019年01月

  -

  継続中

  Editorial Board Member, International Journal of Extreme Manufacturing

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