超高分解能X線顕微鏡が拓く3D/4Dマルチスケール・マルチモーダル材料科学
キーワード：シンクロトロン放射光、マイクロトモグラフィー、力学的性質、構造用材料、結像トモグラフィー、Ｘ線顕微鏡法
2021.04～2024.03.

ナノ～マクロを繋ぐトモグラフィー：界面の半自発的剥離
キーワード：シンクロトロン放射光、マイクロ・ナノトモグラフィー、水素脆化、アルミニウム、第一原理計算、水素分配
2019.10～2025.03.

超高倍率X線顕微鏡が拓く3D/4Dメゾスケール材料科学
キーワード：シンクロトロン放射光、マイクロトモグラフィー、力学的性質、構造用材料、結像トモグラフィー、Ｘ線顕微鏡法
2017.04～2020.03.

疲労と破壊の科学：放射光を利用したき裂周辺の３次元解析
キーワード：シンクロトロン放射光、マイクロトモグラフィー、疲労破壊、3D/4D解析、トラッキング、歪み、き裂進展駆動力、マッ ピング、チタン合金
2014.08～2019.03.

水素分配制御によるアルミニウム合金の力学特性最適化
キーワード：シンクロトロン放射光、マイクロトモグラフィー、力学的性質、水素トラップ、水素脆化、ポア、3D/4D解析、トラッキング、歪み、マッ ピング、アルミニウム合金
2014.09～2020.03.

3D/4Dイメージングベース解析技術とその構造材料への応用
キーワード：シンクロトロン放射光、マイクロトモグラフィー、力学的性質、構造用材料、3D/4D解析、トラッキング、歪み、化学成分、き裂進展駆動力、マッピング、鉄鋼、アルミニウム合金
2001.09.

革新的新航空機材料の開発
キーワード：シンクロトロン放射光、マイクロトモグラフィー、力学的性質、構造用材料、水素、ポア、3D/4D解析
2012.04.

リバース４Ｄ材料エンジニアリングによる材料開発プロセス革新
キーワード：シンクロトロン放射光、マイクロトモグラフィー、力学的性質、構造用材料、最適化、粗視化、イメージベースシミュレーション
2012.04～2017.03.

多結晶材料の結晶学的変形挙動解明
キーワード：シンクロトロン放射光、マイクロトモグラフィー、X線回折、多結晶、結晶方位、変形、破壊、損傷、構造用材料
2008.04.

科研費基盤研究(A)：「超高分解能X線顕微鏡が拓く3D/4Dマルチスケール・マルチモーダル材料科学」
2021.04～2024.03, 代表者：戸田裕之, 九州大学, 日本学術振興会
放射光施設SPring-8で最近実現した全長160mと世界最大の超高分解能・高エネルギーX線顕微鏡を基盤とし、X線イメージングでは通常困難な観察倍率の切り替え技術、特殊なX線回折技術等との高度な融合を図る。この様な実験・解析環境の統合により、これまで長年構築してきた3D/4D材料科学をマルチスケール・マルチモーダル学術手段へと展開する。例えば、破壊を単に高分解能でその場観察するだけでなく、局所的な損傷や破壊等を見逃さずズームインするとともに、従来のX線による3D観察では得られなかった転位、空孔、結晶方位等のナノレベル情報を3D/4Dマッピングする。これにより、格子欠陥から粗大な製造欠陥まで、ナノ～マクロに至る3D構造を全てカバーでき、各種時間発展現象を誤りなく把握・解釈できる真の3D/4D材料科学を実現する。本提案では、オンリーワン・ナンバーワンの先端分析計測技術創成により、X線イメージングの適用範囲や威力を飛躍的に向上させる。.

JST CREST：「ナノ～マクロを繋ぐトモグラフィー：界面の半自発的剥離」
2019.10～2025.03, 代表者：戸田裕之, 九州大学, 国立研究開発法人　科学技術振興機構（ＪＳＴ）
戦略的創造研究推進事業　チーム型研究(CREST).

科研費基盤研究(A)：「放射光顕微ＣＴ解析に基づく超高サイクル疲労破壊の機構解明と評価法構築」
2018.04～2022.03, 代表者：中村孝, 北海道大学.

JST 産学共創基礎盤研究プログラム：「水素分配制御によるアルミニウム合金の力学特性最適化」
2014.09～2020.03, 代表者：戸田裕之, 九州大学, 科学技術振興機構.

SIP（戦略的イノベーション創造プログラム）：「疲労と破壊の科学：放射光を利用したき裂周辺の３次元解析」
2014.08～2019.03, 代表者：津崎兼彰, 九州大学.

科研費基盤研究(A)：「超高倍率X線顕微鏡が拓く3D/4Dメゾスケール材料科学」
2017.04～2021.03, 代表者：戸田裕之, 九州大学, 日本学術振興会
世界最大の高分解能・高コントラストX線顕微鏡をシンクロトロン放射光施設SPring-8で構築し、これまでのX線4D観察（4Dは3D+時間軸）の限界を、空間分解能で1桁向上させる。また、Zernike型の位相コントラストイメージングによる高コントラスト化を図る。これをアルミニウムやチタン、鉄鋼などの構造材料が観察できるような高X線エネルギーで実現する。これまで3D/4Dイメージング技術は、概ね1μm以上のミクロ組織がマクロ特性を支配する様な、ごく限られた数と種類の現象にしか有効ではなかった。本研究では、先端分析・計測技術により適用範囲を飛躍的に拡大する。また、3D/4Dイメージベース解析技術の活用により、転位や空孔等もメゾ物性として計測することで、格子欠陥から粗大な製造欠陥に至るほとんどのナノ・ミクロ構造を観察・評価の対象とする。これにより、真の3D/4D材料科学を実現する道筋を提供することを目的としている。.

産発プロジェクト展開鉄鋼研究：「4Dイメージングの実現による鉄鋼材料研究の飛躍的高度化」
2011.04～2014.03, 代表者：戸田裕之, 九州大学, 社）日本鉄鋼協会（日本）
X線トモグラフィー（以下、CT）は、4D（動的現象の3D連続観察）に展開できる唯一の手法であるが、鉄鋼では全く活用されていない。本研究で は、鉄鋼材料で高分解能3D/4Dイメージングを実現し、複雑で動的な現象にダイナミックにアプローチできるようにする。また、これを活用し鉄鋼 の塑性変形・損傷破壊の真の姿を明らかにする。これらは鉄鋼の生産から評価に至る幅広い分野に大きな波及効果を有し、学術・産業技術の飛躍的高度 化により様々なブレークスルーが触発される。.

科研費基盤研究(S):「リバース4D材料エンジニアリングによる材料開発プロセス革新」
2012.04～2016.03, 代表者：戸田裕之, 九州大学, 文部科学省科学研究費補助金（基盤研究(S)，研究課題番号：24226015）
近年、3D/4Dイメージング法の発展により、物質内部の複雑かつ動的な現象にダイナミックにアプローチできる様になってきた。本研究では、これ を活用し、材料開発の新しい技術体系：リバース4D材料エンジニアリングを創成する。これまでの材料開発は、「材料設計→評価→実材料創出」とい う時系列であった。提案は、これと逆方向のプロセスにより、迅速、高精度に高性能材料を開発する。本法では、その複雑さ故、現在の科学では理論的 取り扱いはおろか、そのパターン化さえ困難な現実の材料のマルチスケール3D構造を忠実に取り込む高精度イメージベースシミュレーションにより、 仮想的にミクロ構造を最適化する。さらに、複雑な3D微視形態を従来の材料設計技術に反映できる程度に「粗視化」（不要な情報を無視し、必要なも のを単純なパラメーターで表現）表現することで、ものづくりに展開可能な実用組織制御技術とする。.

革新的新構造材料等プロジェクト
2013.10～2022.03, 代表者：岸　輝雄, 新構造材料技術研究組合（日本）
これまで金属の延性破壊は、内部に分散する粒子の損傷によると理解されてきた。しかし、我々の研究により、材料中に初めから存在するミクロポアが材料に負荷をかけると直ちに成長を開始するという、常識とはかけ離れた破壊機構が見出された。この真の破壊機構を念頭に、ポアの削減ないしはその 空間分布などの制御を通してアルミニウムの強度や破壊靱性、成形性などの特性を大きく向上できると予測される。これは、例えばレアアースのような 特殊な添加元素や複雑な製造プロセスに頼らなくても、既存の構造材料の組織を極限的にテイラリングすることで、環境負荷の低減やコスト面での競争 力を充分に担保しながら、革新的な新構造材料が創製できる可能性を示している。


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主要著書

1.	H. Toda, X-Ray CT: Hardware and Software Techniques, Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2021.03, 医学用以外でX線CTに特化した専門書・テキストは、和書だけではなく海外の英書を見てもほとんど無く、あっても内容が薄かったり偏りのあるものである。著者がこれまで得てきた科研費基盤(S)1件、基盤(A)2件など、およびJSTやNEDO、内閣府などのナショナルプロジェクトの成果を全て網羅し、この分野で重要な知見を漏れなく紹介している。同時に、これを理解するのに必要な素養、知識、学術も合わせて網羅して体系的な専門書とすることで、この研究分野のバイブルとする事に成功した。この研究分野の多くの研究者、企業の技術者が手にしてこれを元に業務を推進しており、この分野にはなくてはならない成書となっている。科研費（研究成果公開促進）の学術図書部門で申請して採択された。これにより科研費の助成により英書が海外の出版社（Springer社）から出版された。国内外で次世代への当該先端技術の普及と継承、国際的な研究分野の先導などがなされることになる。.
2.	戸田裕之, X線CT―産業・理工学でのトモグラフィー実践活用―, 共立出版, 2019.02.
3.	Y. Suzuki, H. Toda, "Tomography using magnifying optics", Advanced Tomographic Methods in Materials Research and Engineering, Section 7.1 "Fresnel zone-plate microscopy and microtomography" in Chapter 7, Oxford University Press, 2008.03.

主要原著論文

1.	J. Tang, Y. Wang, H. Fujihara, K. Shimizu, K. Hirayama, K. Ebihara, A. Takeuchi, M.Uesugi, H. Toda, Stress corrosion cracking induced by the combination of external and internal hydrogen in Al-Zn-Mg-Cu alloy, Scripta Materialia, 10.1016/j.scriptamat.2023.115804, Vol.239, 115804, 2024.01, Stress corrosion cracking (SCC) behaviors induced by the combination of external and internal hydrogen (H) in an Al-Zn-Mg-Cu alloy were systematically investigated via in-situ 3D characterization techniques. SCC of the AlZn-Mg-Cu alloy could initiate and propagate in the potential crack region where the H concentration exceeded a critical value, in which the nanoscopic H-induced decohesion of η-MgZn2 precipitates resulted in macroscopic cracking. External H that penetrated the alloy from the environment played a crucial role during the SCC of the Al-Zn-Mg-Cu alloy by generating gradient-distributed H-affected zones near the crack tips, which made Al alloys in water environment more sensitive to SCC. Additionally, the pre-existing internal H was driven toward the crack tips during plastic deformation. It was involved in the SCC and made contributions to both the cracksinitiation and propagation..
2.	H. Toda, H. Li, R. Batres, K. Hirayama, H. Fujihara, Surrogate-based optimization of microstructural features of structural materials, Acta Materialia, 10.1016/j.actamat.2023.119188, 257, 119188, 2023.09, This paper proposes a methodology for surrogate-based microstructural optimization of structural metals that integrates a limited number of 3D image-based numerical simulations with microstructural quantification and coarsening and optimisation processes. The support vector machine that was used had an infill sampling criterion to reduce the number of numerical trials, and the proposed methodology was found to be effective for wrought 2024 aluminium alloy with irregularly shaped particles. Appropriate objective functions were defined to assess particle damage. The number of design parameters, which quantitatively express the size, shape, and spatial distribution of particles, was initially 41, but they were reduced to four during a two-step coarsening process. The surrogate model provided highly accurate predictions, and the size, shape, and spatial distribution values of the optimal and weakest particles were successfully identified. It was shown that the optimal particle was small, spherical, sparsely dispersed, and perpendicular to the loading direction. However, it was also found that the smallest and most independent particle with a spherical shape was not necessarily strong, which implies the effects of particle clustering. It was also concluded that the dependency of in-situ particle strength on size was of crucial importance for weaker particles. The shape and spatial distribution of stronger particles were, however, more crucial for suppressing their internal stress than was their size. The results show that the proposed methodology offers a cost-efficient solution for microstructural designs involving 3D high-fidelity simulations that cannot be obtained with the existing approaches for developing materials..
3.	Y. Wang, B. Sharma, Y. Xu, K. Shimizu, H. Fujihara, K. Hirayama, A. Takeuchi, M. Uesugi, G. Cheng, H. Toda, Switching nanoprecipitates to resist hydrogen embrittlement in high-strength aluminum alloys, Nature Communications, 10.1038/s41467-022-34628-4, 13, 1, 6860, 2022.11, Hydrogen drastically embrittles high-strength aluminum alloys, which impedes efforts to develop ultrastrong components in the aerospace and transportation industries. Understanding and utilizing the interaction of hydrogen with core strengthening elements in aluminum alloys, particularly nanoprecipitates, are critical to break this bottleneck. Herein, we show that hydrogen embrittlement of aluminum alloys can be largely suppressed by switching nanoprecipitates from the η phase to the T phase without changing the overall chemical composition. The T phase strongly traps hydrogen and resists hydrogen-assisted crack growth, with a more than 60% reduction in the areal fractions of cracks. The T phase-induced reduction in the concentration of hydrogen at defects and interfaces, which facilitates crack growth, primarily contributes to the suppressed hydrogen embrittlement. Transforming precipitates into strong hydrogen traps is proven to be a potential mitigation strategy for hydrogen embrittlement in aluminum alloys..
4.	Y. Xu, H. Toda, K. Shimizu, Y. Wang, B. Gault, W. Li, K. Hirayama, H. Fujihara, X. Jin, A. Takeuchi, M. Uesugi, Suppressed hydrogen embrittlement of high-strength Al alloys by Mn-rich intermetallic compound particles, Acta Materialia, 10.1016/j.actamat.2022.118110, 236, 118110, 2022.09, The pursuit of strong and ductile Al alloys with superior resistance to hydrogen embrittlement (HE) is practically significant across the aerospace and transportation industries among others. Unfortunately, effective ways to progress on the strength-HE trade-off for Al-alloys remain elusive. A strategy of suppressing HE by introducing intermetallic compound (IMC) particles to achieve hydrogen redistribution in various trapping sites was proposed. Here, we systematically induce the precipitation of a constant volume fraction of intermetallic compound (IMC) particles by adding one of 14 elements in a ternary Al-Zn-Mg high-strength alloy. We show a strong correlation between hydrogen trapping energies of the IMC obtained from ab initio calculations with the resistance to HE. Mn-rich Al11Mn3Zn2 particles exhibit the highest hydrogen trapping energy (0.859 eV/atom), leading to a decrease by approximately 5 orders of magnitude in the hydrogen occupancy in η2 (MgZn2) phase interfaces and grain boundaries, where HE cracks initiate. The Mn-addition did not deteriorate the ductility and most Al11Mn3Zn2 particles remained intact during plastic deformation which was revealed by in-situ 3D X-ray tomography. Hydrogen-induced strain localization at η2 phase interfaces and grain boundaries were inhibited due to strong hydrogen trapping capacity of Al11Mn3Zn2, hence preventing HE cracks initiation. Our approach effectively suppresses hydrogen-induced cracks without sacrificing the ductility, and our strategy can help the design roadmap of HE-tolerant high-strength metallic alloys..
5.	H.Toda, K. Hirayama, K. Okamura, T. Suzuki, A. Takeuchi, M. Uesugi, H. Fujihara, Multimodal assessment of mechanically induced transformation in metastable multi‐phase steel using X‐ray nano‐tomography and pencil‐beam diffraction tomography, Acta Materialia, 10.1016/j.actamat.2022.117956, 234, 117956, 2022.08, A combination of X-ray nano-tomography and pencil-beam diffraction tomography was utilized for multimodal assessment of the mechanically induced transformation of individual retained austenite grains during tensile deformation in a 0.1C-5Mn-1Si multi-phase steel. In the present study, a newly developed high energy (20 - 30 keV) and high resolution (spatial resolution of 0.16 µm in this study) X-ray nano-tomography technique was applied for the first time to the in-situ observation of a steel under external loading. The gradual transformation, plastic deformation, and rotation behaviour of the individual austenite grains were clearly observed in 3D. It was revealed that the early stage of the transformation was dominated by the stress-assisted transformation that can be associated with measured mechanical driving force, whilst the overall transformation was dominated by the strain-induced transformation that is interrelated with measured dislocation multiplication. The transformation behaviour of individual grains was classified according to their initial crystallographic orientation and size. Noteworthy was the high stability of coarse austenite grains (i.e., 2.5 μm or larger in diameter), contrary to past reports in the literature. Characteristic rotation behaviour and wide data dispersion were also observed in the case of the individual austenite grains. It was conclusively demonstrated that such characteristic behaviour partly originated from interactions with surrounding soft and hard phases. The origins of these characteristics are discussed by combining the image-based and diffraction-based information..
6.	Y. Wang, H. Toda, Y. Xu, K. Shimizu, K. Hirayama, H. Fujihara, A. Takeuchi, M. Uesugi, In-situ 3D observation of hydrogen-assisted particle damage behavior in 7075 Al alloy by synchrotron X-ray tomography, Acta Materialia, 10.1016/j.actamat.2022.117658, 227, 117658, 2022.02, Al-Zn-Mg合金でZn量を１０％まで増やした新奇高強度合金を作製し、その水素脆化挙動をシンクロトロン放射光を用いた超高分解能3D連続観察で明らかにした。この合金の水素脆化挙動を解明すると共に、その防止策も提案した。.
7.	K. Hirayama, H. Toda, D. Fu, R. Masunaga, H. Su, K. Shimizu, A. Takeuchi and M. Uesugi, Damage micromechanisms of stress corrosion cracking in Al-Mg alloy with high magnesium content, Corrosion Science, 10.1016/j.corsci.2021.109343, 184, 109343, 2021.05, Al-Mg合金でMg量を１０％まで増やした新奇高強度合金を作製し、その応力腐食割れ挙動をシンクロトロン放射光を用いた超高分解能3D連続観察で明らかにした。この合金の応力腐食割れ挙動を解明すると共に、その防止策も提案した。.
8.	T. Tsuru, K. Shimizu, M. Yamaguchi, M. Itakura, K. Ebihara, A. Bendo, K. Matsuda, H. Toda, Hydrogen-accelerated spontaneous microcracking in high-strength aluminium alloys, Scientific Reports, 10.1038/s41598-020-58834-6, 10, 1, 1998-1998, 2020.04, [URL].
9.	H. Su, H. Toda, K. Shimizu, K. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Watanabe, Assessment of hydrogen embrittlement via image-based techniques in Al-Zn-Mg-Cu aluminum alloys, Acta Materialia, 10.1016/j.actamat.2019.06.056, 176, 96-108, 2019.09, [URL].
10.	Hang Su, Hiroyuki Toda, Ryohei Masunaga, Kazuyuki Shimizu, Hongye Gao, Katsuro Sasaki, Md Shahnewaz Bhuiyan, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Yoshio Watanabe, Influence of hydrogen on strain localization and fracture behavior in Al Zn Mg Cu aluminum alloys, Acta Materialia, 10.1016/j.actamat.2018.08.024, 159, 332-343, 2018.10, [URL].
11.	Hiroyuki Toda, Akihide Takijiri, Masafumi Azuma, Shohei Yabu, Kunio Hayashi, Dowon Seo, Masakazu Kobayashi, Kyosuke Hirayama, Akihisa Takeuchi, Kentaro Uesugi, Damage micromechanisms in dual-phase steel investigated with combined phase- and absorption-contrast tomography, ACTA MATERIALIA, 10.1016/j.actamat.2017.01.010, 126, 401-412, 2017.03, The single-distance phase retrieval technique was applied to contrast-enhanced imaging of the dual phase microstructure of a ferrite/martensite dual-phase with only 1.4% difference in density between the two phases. Each high-resolution absorption-contrast image was registered with a corresponding phase-contrast image, to analyse damage evolution behaviour. The loading step at which each microvoid was nucleated was identified by tracking the microvoid throughout tension, together with its nucleation site. Premature damage initiation was observed at a relatively early stage at various nucleation sites, such as the ferrite interior, martensitic interior and ferrite/martensite interfaces; however, the subsequent growth of such microvoids was relatively moderate. On the other hand, microvoids were also initiated later due to martensitic cracking after the maximum load was reached, and these microvoids subsequently exhibited rapid growth. The martensite cracking induced additional damage evolution mainly along nearby ferrite/martensite interfaces and intersections between the martensite and the ferrite grain boundary. It is notable that the microvoids originating from martensitic cracking exhibited characteristic shear-dominated growth under macroscopic tension, whereas those originating from the other nucleation sites exhibited traditional triaxiality-dominated growth. It was concluded that the ductile fracture was dominated by the substantial force driving the growth of microvoids located on morphologically characteristic martensitic particles. (C) 2017 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd..
12.	Hiroyuki Toda, Takanobu Kamiko, Yasuto Tanabe, Masakazu Kobayashi, D. J. Leclere, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Kyosuke Hirayama, Diffraction-amalgamated grain boundary tracking for mapping 3D crystallographic orientation and strain fields during plastic deformation, ACTA MATERIALIA, 10.1016/j.actamat.2016.01.072, 107, -, 310-324, 2016.04, By amalgamating the X-ray diffraction technique with the grain boundary tracking technique, a novel method, diffraction-amalgamated grain boundary tracking (DAGT), has been developed. DAGT is a non-destructive in-situ analysis technique for characterising bulk materials, which can be applied up to near the point of fracture. It provides information about local crystal orientations and detailed grain morphologies in three dimensions, together with high-density strain mapping inside grains. As it obtains the grain morphologies by utilising X-ray imaging instead of X-ray diffraction, which latter is typically vulnerable to plastic deformation, DAGT is a fairly robust technique for analysing plastically deforming materials. Texture evolution and localised deformation behaviours have here been successfully characterised in Al-Cu alloys, during tensile deformation of 27% in applied strain. The characteristic rotation behaviours of grains were identified, and attributed to the effects of interaction with adjacent grains on the basis of the 3D local orientation and plastic strain distributions. It has also been revealed that 3D strain distribution in grains is highly heterogeneous, which is not explained by known mechanisms such as simple incompatibility with adjacent grains or strain percolation through soft grains. It has been clarified that groups consisting of a few adjacent grains may deform coordinately, especially in shear and lateral deformation, and the characteristic deformation pattern is thereby formed on a mesoscopic scale. (C) 2016 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved..
13.	H. Li, H. Toda, K. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Suzuki, M. Kobayashi, Application of diffraction-amalgamated grain boundary tracking to fatigue crack propagation behavior in high strength aluminum alloy, Materials Transactions, 10.2320/matertrans.M2014340, 56, 3, 424-428, 2015.03.
14.	河野亜耶, 小林正和, 戸田裕之, 三浦博己, 放射光三次元計測した局所ひずみに基づくアルミニウム合金の変形集合組織形成シミュレーション, 軽金属, 10.2464/jilm.64.557, 64, 11, 557-563, 2014.11.
15.	戸田裕之, バトレス・ラファエル, 桑水流理, 小林正和, リバース4D材料エンジニアリング：その構想と最近の展開, 軽金属, 64, 11, 518-524, 2014.11, 現在、材料工学、X線光学、計算力学、情報工学の知見を結集した新しい技術体系：リバース4D材料エンジニアリング(R4ME)の提案と創成に関する研究を科研費（基盤研究S）のテーマとして推進している。現在の材料開発は、「材料設計→解析・評価→実材料創出」という時系列で進められているが、R4MEでは、これと逆方向のアプローチにより、迅速かつ高精度に高性能材料を開発するパラダイムチェンジを目指している。現実の材料のマルチスケール3D構造は、その複雑さ故、現在の科学では理論的取り扱いはおろか、そのパターン化さえ困難である。R4MEでは、微視形態を忠実に取り込む高精度4Dイメージベースシミュレーションにより、仮想的にミクロ構造を最適化する。さらに、複雑な3D/4D微視形態を従来の材料設計技術に反映できる程度に粗視化表現することで、ものづくりに展開可能な実用組織制御技術を確立することを目指している。本報は、その中間成果まとめとして著したものである。.
16.	清水一行, 戸田裕之, J-Y. Buffiere, J. Lachambre, 上杉健太朗, 小林正和, 高分解能4Dイメージングによる球状黒鉛鋳鉄の疲労挙動解析, 鋳造工学, 86, 1, 19-25, 2014.01.
17.	H. Toda, Y. Ohkawa, T. Kamiko, T. Naganuma, K. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Suzuki, M. Kobayashi, Grain boundary tracking technique: four-dimensional visualisation technique for determining grain boundary geometry with local strain mapping, Acta Materialia, 61, 14, 5535-5548, 2013.08, SPring-8を利用したX線CTを用いれば、結晶粒界にある粒子が鮮明に3D観察できることに着目した。このような粒子は、金属が変形し、破壊していく過程でも常に結晶粒界に位置する為、結晶粒界の粒子の情報を使えば、個々の結晶の形を4Dで求めることができると発想した。2011年度には、この手法を実用的な構造材料に適用できるレベルにまで高精度化することに成功した。この手法により、多結晶材料中のすべての結晶粒の形状の変化を時間を遡りながら4Dで観察することができるようになった。この成果は、金属材料工学では最も権威のある英文誌であるアクタ・マテリアリア誌に掲載が決定された。.
18.	H. Toda, K. Tsubone, K. Shimizu, K. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Suzuki, M. Nakazawa, Y. Aokic, M. Kobayashi, Compression and recovery micro-mechanisms in flexible graphite, Carbon, 59, 184-191, 2013.08.
19.	清水一行, 坂口祐二, 酒井一憲, 戸田裕之, 上杉健太朗, 竹内晃久, 小林正和, アルミニウム合金のせん断帯における3D/4D破壊力学的評価, 軽金属, 63, 5, 188-195, 2013.05, 近年，放射光X線トモグラフィ技術の発達により，現実の材料内部のき裂やひずみの三次元（3D）計側が可能となり，従来は試験断面で行っていた二次元（2D）観察を四次元（4D）観察（時間発展挙動の3D連続観察）に展開でき，材料内部の局所的な力学量を定量化できるようになった。本論文では，X線トモグラフィを用いて，析出状態の異なる7075合金のその場破壊試験を行い，その結果，き裂先端のひずみ分布は，弾塑性破壊力学の規定するものとは大きく異なり，斜め上方および下方の二方向のせん断帯内に大きなひずみが局在化することがわかった。この局在化の程度は，時効状態など従来知られている要因だけでなく，多結晶組織や結晶方位に大きく影響され，負荷の増加とともに局在化の程度が顕著になること，またせん断帯内で相当塑性ひずみに支配される粒子の損傷が生じ，破壊力学が規定する損傷域の10倍以上遠方まで粒子の損傷が生じることを明らかにした。.
20.	増田翔太郎, 戸田裕之, 青山俊三, 折田晋, 植田将志, 熱処理したアルミニウム合金ダイカストで新たに見つかった鋳肌欠陥とその疲労特性への影響, 鋳造工学, 81, 10, 475-481, 2009.10.
21.	L. Qian, H. Toda, K. Uesugi, M. Kobayashi, T. Kobayashi, Direct observation and image-based simulation of three-dimensional tortuous crack evolution inside opaque materials, Physical Review Letters, 100, 11, 115505, 2008.11.
22.	小林正和, 戸田裕之, 川井祐児, 小林俊郎, 上杉健太朗, D. S. Wilkinson, E. Maire, 青木義満, 高分解能X線CTイメージ解析と特徴点追跡法による三次元ひずみ計測, 日本金属学会誌, 71, 2, 181-186, 2007.02.
23.	L. Li, H. Toda, T. Ohgaki, M. Kobayashi, T. Kobayashi, K. Uesugi, Y. Suzuki, Wavelet-based local region-of-interest reconstruction for synchrotron radiation X-ray microtomography, Journal of Applied Physics, 102, 114908-1-9, 2007.01.
24.	小林正和, 上杉健太朗, 大垣智巳, 小林俊郎, 戸田裕之, 液体金属ドーピング法を用いた高分解能シンクロトロン放射光CTによる 粒界3次元ネットワーク構造の可視化, まてりあ, 44, 12, 959, 2005.12.
25.	L. Qian, H. Toda, K. Uesugi, T. Kobayashi, T. Ohgaki, M. Kobayashi, Application of synchrotron x-ray microtomography to investigate ductile fracture in Al alloys, Applied Physics Letters, 10.1063/1.214208, 87, 24, 241907, 2005.12.
26.	H. Toda, J. Katano, T. Kobayashi, T. Akahori, M. Niinomi, Assessment of thermo-mechanical fatigue behaviors of cast Al-Si alloys by experiments and multi-step numerical simulation, Materials Transactions, 46, 1, 111-117, 2005.01.
27.	戸田裕之, 澤村 純平, 小林俊郎, 強加工in-situ複合材料技術を利用した金属切削粉のアップグレードリサイクル, 軽金属, 54, 10, 418-424, 2004.10.
28.	H. Toda, I. Sinclair, J.-Y. Buffiere, E.Maire, T. Connolley, M. Joyce, K.H. Khor, P. Gregson, Assessment of fatigue crack closure phenomenon in damage tolerant aluminium alloy by in-situ high-resolution synchrotron X-ray microtomography, Philosophical Magazine A, 83, 21, 2429-2448, 2003.07.
29.	戸田裕之, 水谷道, 高橋明宏, 小林俊郎, M. V. Alexandru, 6082溶接材の各部の破壊靱性, 軽金属, 51, 3, 163-168, 2001.03.

主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等

1.	戸田裕之, 山口正剛, 都留智仁, 清水一行, 松田健二, 平山恭介, ナノ～マクロを繋ぐトモグラフィー：界面の半自発的剥離, まてりあ, 10.2320/materia.60.13, Vol.60, No.1, pp.13-18, 2021.01.
2.	戸田裕之, 都留智仁, 山口正剛, 松田健二, 清水一行, 平山恭介, アルミニウムの自発的な界面剥離現象の謎に迫る-より高強度の金属材料開発に向けて, 化学 = Chemistry, Vol.75, No.10, pp.48-53, 2020.10.
3.	戸田裕之, 山口正剛, 松田健二, 清水一行, 平山恭介, 蘇航, 藤原比呂, 海老原健一, 板倉充洋, 都留智仁, 西村克彦, 布村紀男, 李昇原, 土屋大樹, 竹内晃久, 上杉健太朗, 水素分配制御によるアルミニウム合金の力学特性最適化, 鉄と鋼, 10.2355/tetsutohagane.TETSU-2018-083, 2019.02, [URL].
4.	戸田裕之, バトレスラファエル, 桑水流理, 小林正和, 細川明秀, リバース4D材料エンジニアリング：その構想と最近の展開, 軽金属, 2014.11.
5.	戸田裕之, 鈴木芳生, 竹内晃久, 上杉健太朗, 小林正和, シンクロトロン放射光を用いた3D/4Dイメージングとその鉄鋼材料への展開, ふぇらむ, Vol.16, No.4, pp.212-219, 2012.12.
6.	戸田裕之, 小林正和, 鈴木芳生, 竹内晃久, 上杉健太朗, 3D・4Dマテリアルサイエンス：その現状と展望, 非破壊検査, Vol.58, No.10, pp.433-438, 2009.10.

主要学会発表等

1.	H. Toda, M. Yamaguchi, T. Tsuru, K. Shimizu, H. Fujihara, K. Hirayama, K. Ebihara, K. Matsuda, Hydrogen embrittlement in Al-Zn-Mg alloys: Semi-spontaneous interfacial decohesion of precipitates, ICAA18（The 18th International Conference on Aluminium Alloys）, 2022.09.
2.	H. Toda, M. Yamaguchi, T. Tsuru, K. Shimizu, K. Hirayama, K. Ebihara, K. Matsuda, Hydrogen embrittlement mechanism of Al-Zn-Mg alloys: semi-spontaneous interfacial decohesion, MRM2021 (Materials Research Meeting 2021), 2021.12.
3.	H. Toda, K. Hirayama, K. Shimizu, K. Uesugi, A. Tkauchi, Application of high-resolution X-ray tomography to hydrogen embrittlement in aluminium, ICAA17 (The 17th International Conference on Aluminium Alloys), 2020.10.
4.	H. Toda, K, Hirayama, H. Su, K. Shimizu, O. Takakuwa, A. Takeuchi, K. Uesugi, Recent progress in high resolution X-ray tomography at high X-ray energies, PRICM 10(The 10th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing), 2019.08.
5.	H. Toda, H. Su, K. Shimizu, H. Fujihara, K. Hirayama, A. Takeuchi, K. Uesugi, Assessment of hydrogen embrittlement via in-situ imaging techniques in high Zn Al-Zn-Mg alloys, ECF22(22nd European Conference on Fracture), 2018.08.
6.	H. Toda, K. Hirayama, K. Shimizu, K. Uesugi, Application of high-resolution X-ray tomography to hydrogen embrittlement in aluminium, THERMEC'2018, 2018.07.
7.	H. Toda, K. Shimizu, H. Gao, K. Hirayama, 4D hydrogen embrittlement behaviour in high strength aluminium alloy, TMS 2018 Annual Meeting & Exhibition, 2018.03.
8.	H. Toda, K. Hirayama, M. Kobayashi, A. Takeuchi, K. Uesugi, Assessment of damage behavior of aluminum using diffraction-amalgamated grain boundary tracking technique, 2017 MRS Fall meeting, 2017.01.
9.	戸田裕之, リバース4D材料エンジニアリングによる3D材料組織設計, 日本学術振興会 加工プロセスによる材料新機能発現 第176委員会 第31回研究会, 2016.12.
10.	H. Toda, M. Kobayashi , K. Hirayama, Application of diffraction-amalgamated grain-boundary tracking to deforming aluminium polycrystals, THERMEC 2016, 2016.05.
11.	H. Toda, Origin of ductile fracture in aluminium alloys, IUTAM Symposium on Plastic localization and ductile failure, 2015.03.
12.	戸田裕之, シンクロトロン放射光による構造材料損傷破壊挙動の3D/4D解析, 『３次元電子顕微鏡法がみせるナノとマクロの架け橋（材料系）』シンポジウム，公益社団法人日本顕微鏡学会第58回シンポジウム, 2014.11.
13.	戸田裕之, 鉄鋼における3D/4Dイメージングとその基盤技術, 『4Dイメージング実現による鉄鋼材料研究の飛躍的高度化』シンポジウム，日本鉄鋼協会秋季大会基調講演, 2014.09.
14.	H. Toda, M. Kobayashi, R. Batres, K. Shimizu, O. Kuwazuru, A new concept breakthrough in materials development: reverse 4D materials engineering, Proceedings of the 5th International Symposium on Designing, Processing and Properties of Advanced Engineering Materials, 2012.11, シンクロトロン放射光を用い て得た膨大な4D画像を『粗視化』し、簡単な幾何学パラメーターで現象を説明すること、およ び得られた4D画像を用いて行うイメージベースシミュレーションによるミクロ組織最適化の 二つを組み合わせ、「リバース4D材料エンジ ニアリング」なる材料開発プロセスの構想を得た。この基調講演では、その内容に関して講演した。この手法を用いれば、従来の「設計→試作 →製品」とは逆の、「設計←評価・解析←製品」という流れ（『リバース』というゆえん）により、「試作⇔評価」といった時間とコストのか かるプロセスを経ずに、高能率、短時間、高精度で構造材料設計が可能になる。.
15.	H. Toda, D. J. LeClere, T. Kamiko, Y. Suzuki, A. Takeuchi, K. Uesugi, M. Kobayashi, Development of diffraction-amalgamated grain-boundary tracking technique and its application to polycrystalline metals, Proceedings of SPIE, 2012.08, 我々は、シンクロトロン放射光を用いて得た3D/4D画像の内部に多数のミクロ構造が見えることを利用し、各画像間でミクロ組織特徴点（粒子など）を高精度に追跡する技術（ミクロ組織追跡法）を発案して開発した。その後、これを応用し、結晶粒の3D/4D観察を行うことができる結晶粒界追跡法、さらにこれに結晶方位マッピングを加えたX線回折援用結晶粒界追跡法を相次いで提案し、実現している。機械材料の変形・破壊の評価では、SEM-EBSP（電子線後方散乱回折）法や各種TEM（透過型電子顕微鏡）観察が多用される。発表手法は、これら2D（二次元）情報を3D/4Dに拡張できる、唯一かつオリジナルな技法である。.
16.	戸田裕之, X線CT画像からの高次情報抽出とその高密度マッピング, 日本顕微鏡学会 第３回電子線トモグラフィ法チュートリアルプログラム ―トモグラフィから何が測れるか？（3次元測定の種類と阻害要因）―, 2009.11.
17.	戸田裕之, 金属の３Ｄ・４Ｄイメージング, ワークショップ『高度Ｘ線イメージング材料科学の展開』―SPring-8光源性能を活かした応用技術開発の可能性―, 2008.07.
18.	戸田裕之, X線マイクロナノトモグラフィーによるミクロ組織3Dイメージングとその応用, 日本学術振興会 加工プロセスによる材料新機能発現 第176委員会 第７回研究会, 2007.03.
19.	戸田裕之, アルミニウム鋳物の熱疲労に関する新しいアプローチと知見, 日本鋳造工学会 小林賞受賞記念講演, 2006.05.
20.	戸田裕之, 高分解能放射光CTによる軽金属材料の破壊挙動の定量評価, 日本金属学会 第134回春期大会基調講演, 2004.03.

特許出願・取得

所属学会名

学協会役員等への就任

学会大会・会議・シンポジウム等における役割

学会誌・雑誌・著書の編集への参加状況

学術論文等の審査

海外渡航状況, 海外での教育研究歴

外国人研究者等の受入れ状況