Development of Innovative Ultra-Light Weighted and High Strength Composite using Densified Untwisted CNT

• Project/Area Number: 15H03895
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: KAWADA HIROYUKI 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20177702)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒尾 与史彦 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40449335) ; 細井 厚志 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (60424800)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000); Fiscal Year 2017: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2016: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2015: ¥11,050,000 (Direct Cost: ¥8,500,000、Indirect Cost: ¥2,550,000)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 黒鉛化処理 / ポリマー複合 / 分子動力学 / 強度評価 / ポリアクリロニトリル / CNT単体強度評価 / 機械材料・材料力学 / ナノ材料 / 混酸処理 / 分子動力学解析 / 複合材料 / 強化繊維 / 強度特性 / 高密度化処理

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study is to fabricate innovative high strength CNT yarns in which excellent mechanical properties of CNTs are fully demonstrated. Untwisted CNT yarns were fabricated by dry spinning method using a ceramics die. Strengthening constituent CNTs of the CNT yarn and improvement of the load transmission efficiency between the CNTs were revealed to be necessary for development of high strength CNT yarns by strength evaluation of a CNT and molecular dynamics method. Untwisted CNT yarns were purified by graphitization treatment and combined with polymers such as PVA and PAN, and their strength reached 2.4 GPa.

Research Products

• [Journal Article] Development of carbon nanotube/copper composite yarn by electrodeposition and evaluation of ampacity (2018)
  • Author(s): 金太成，酒井貴広，星雄大，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Journal Title: Transactions of the JSME (in Japanese) Volume: 84 Issue: 857 Pages: 17-00313-17-00313
  • DOI: 10.1299/transjsme.17-00313
  • NAID: 130006320927
  • ISSN: 2187-9761
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of graphitization on mechanical properties of untwisted carbon nanotube yarn and its strength development mechanism (2018)
  • Author(s): 金 太成、林 晏理、二川 秀史、白須 圭一、山本 剛、橋田 俊之、細井 厚志、川田 宏之
  • Journal Title: Transactions of the JSME (in Japanese) Volume: 84 Issue: 860 Pages: 17-00585-17-00585
  • DOI: 10.1299/transjsme.17-00585
  • NAID: 130006726276
  • ISSN: 2187-9761
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 無撚CNT紡績糸の力学特性に及ぼすCNT間相互作用因子の分子動力学解析 (2018)
  • Author(s): 金太成，林晏理，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 第9回日本複合材料合同会議(JCCM-9)
• [Presentation] Development of Cu/Untwisted CNT composite with high ampacity and conductivity (2017)
  • Author(s): Takahiro Sakai, Tae Sung Kim, Hidefumi Nikawa, Atsushi Hosoi, Hiroyuki Kawada
  • Organizer: International Conference on Materials & Processing (ICM&P2017)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カーボンナノチューブ紡績糸の強度特性に及ぼすCNT間相互作用因子の分子動力学解析 (2017)
  • Author(s): 金太成，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 第22回分子動力学シンポジウム・第10回マイクロマテリアルシンポジウム
• [Presentation] ポリマー処理および熱処理による高強度化無撚カーボンナノチューブ糸の作製 (2017)
  • Author(s): 林晏理，十河和嘉， 金太成，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 第42回複合材料シンポジウム
• [Presentation] 高導電性・電流容量を有する黒鉛化カーバンナノチューブ金属複合繊維の創製 (2017)
  • Author(s): 梶原晃太郎，金太成，渡邊知久，安齊秀伸，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 日本機械学会第1回機械材料・材料加工部門 若手ポスターシンポジウム
• [Presentation] 高純度化無撚カーボンナノチューブ糸の創製および力学モデルの検討」 (2017)
  • Author(s): 林晏理，金太成，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 日本機械学会第1回機械材料・材料加工部門 若手ポスターシンポジウム
• [Presentation] 黒鉛化による高強度無撚カーボンナノチューブ糸の機械的特性評価 (2017)
  • Author(s): 奥茂洸一，髙橋祐衣，金太成，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 第8回日本複合材料合同会議(JCCM-8)
• [Presentation] 大電流容量・高導電率を有するCu/MWCNT無撚糸複合材の作製 (2017)
  • Author(s): 星雄大，酒井貴広，金太成，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 第8回日本複合材料合同会議(JCCM-8)
• [Presentation] 黒鉛化処理による高剛性無撚カーボンナノチューブ糸の創製 (2016)
  • Author(s): 金太成，林あん理，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 第７回日本複合材料合同会議(JCCM-7)
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2016-03-16
• [Presentation] DEVELOPMENT OF UNTWISTED CARBON NANOTUBE YARN WITH HIGH STRENGTH BY HEAT TREATMENT (2016)
  • Author(s): Taesung Kim, Hidefumi Nikawa, Atsushi Hosoi, Hiroyuki Kawada
  • Organizer: 17th European Conference on Composite Materials (ECCM17)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Strengthening of untwisted carbon nanotube yarn by graphitization treatment (2016)
  • Author(s): Taesung KIM, Anri HAYASHI, Hidefumi NIKAWA, Atsushi HOSOI, Hiroyuki KAWADA
  • Organizer: 2016 M&M International Symposium for Young Researchers
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 黒鉛化処理による無撚カーボンナノチューブ糸の創製およびその機械的特性 (2016)
  • Author(s): 林晏理，金太成，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 第58回構造強度に関する講演会
• [Presentation] 高導電性・電流容量を有するカーボンナノチューブ金属複合繊維の創製 (2016)
  • Author(s): 梶原晃太郎，金太成，酒井貴広，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 日本機械学会2016年度年次大会
• [Presentation] 黒鉛化処理による高強度無撚カーボンナノチューブ糸の機械特性評価 (2016)
  • Author(s): 髙橋祐衣，金太成，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 日本機械学会 第24回機械材料・材料加工技術講演会
• [Presentation] 大電流容量・高導電率を有する金属複合CNT糸の作製 (2016)
  • Author(s): 酒井貴広，金太成，二川秀史，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 日本機械学会 第24回機械材料・材料加工技術講演会
• [Presentation] CNTs析出炭素繊維を強化材とした一方向CFRPの力学特性評価 (2015)
  • Author(s): 寺内幹，大澤貞幸，金太成，川田宏之
  • Organizer: 材料力学カンファレンス(M&M2015)
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-11-14
• [Presentation] Processing of CNT/Polymer-Matrix Composite Using Liquid Phase Plasma And Solvent-Displacement Method (2015)
  • Author(s): Taesung Kim，Atsushi Hosoi，Hiroyuki Kawada
  • Organizer: ASME International Mechanical Engineering Congress & Exposition (2015 IMECE)
  • Place of Presentation: USA, Houston
  • Year and Date: 2015-11-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 熱CVD法によるCNT析出炭素繊維強化複合材料の力学特性評価 (2015)
  • Author(s): 中村紘大，名取純希，大澤貞幸，金太成，細井厚志，川田宏之
  • Organizer: 日本機械学会2015年度年次大会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2015-09-14
• [Presentation] Improvement of mechanical properties in untwisted CNT yarn by PAA/DMSO densification treatment (2015)
  • Author(s): Tae Sung Kim，Kaoru Sugano，Atsushi Hosoi，Hiroyuki Kawada
  • Organizer: 4th Asian Symposium on Materials and Processing (ASMP2015)
  • Place of Presentation: Indonesia, Lombok
  • Year and Date: 2015-08-10
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] PAA/DMSO処理および熱延伸処理により作製した高密度化無撚CNT糸の力学特性 (2015)
  • Author(s): 酒井貴広，菅野薫，金太成，二川秀史，川田宏之
  • Organizer: 第57回構造強度に関する講演会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2015-08-05
• [Presentation] Mechanical properties of densified untwisted carbon nanotube yarn/epoxy composite (2015)
  • Author(s): Risa Yoshizaki，Taesung Kim，Atsushi Hosoi，Hiroyuki Kawada
  • Organizer: 10th ASME 2015 Manufacturing Science and Engineering Conference (MSEC2015)
  • Place of Presentation: USA, Charlotte
  • Int'l Joint Research