| Project/Area Number |
22K05767
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 40020:Wood science-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 多孔質材料 / 3Dプリンター / 粘弾性 / 音波 / パターン / モデル / 空隙 / 木材 / 3Dプリンタ / セルロース / べき乗則 / ネットワーク / 耐衝撃性 / 軽量化 |
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| Outline of Research at the Start |
自然界に見られるネットワークの機序に学び、それを材料創製に活かすことを目的とする。そこで、自然界のネットワークパターンを模倣し、3Dプリンタを用いたネットワークパターンの造形を行う。これの物性、とくに粘弾性や導電性を測定することにより自然界のネットワークの特徴を明らかにする。材料の特性として重要な耐衝撃性は、パルス波を電気信号として試料に与え、その応答波形を解析することによって求める。得られた物性を材料の構造的特徴（階層性）と照らし合わせることで、最小のネットワーク要素で最大の強度を発現できるようなネットワーク構造をもつ材料の創製に寄与する。
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| Outline of Final Research Achievements |
A 3D printer was used to fabricate model materials with systematically different pore diameters and numbers, and the possibility of mechanical measurements using sound waves was investigated in addition to conventional viscoelastic measurements. The frequency response of the viscoelasticity of the model material was investigated by focusing on the analogy between the rheological and sonic properties. Dynamic viscoelasticity of the model material with various numbers of pores showed a maximum of elastic modulus at a certain number of pores. This suggests the existence of a pore number that minimizes energy dissipation. The elastic modulus was calculated by measuring the relationship between the phase of sound waves and the thickness of the sample to determine the sound velocity in the material. The results show that the behavior of the elastic modulus of the material determined by sound measurements is consistent with that obtained by dynamic viscoelasticity measurements.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
自然界には木材をはじめとして、多くの多孔質材料が存在している。多孔質材料は内部に空孔を持つため、同体積であればバルク材料に比べて軽量である。したがって、それを研究することによって、環境への影響を軽減することにつながると考えられる。しかし木材などの天然の材料の空隙は、大きさや形状のみならずその分布等も複雑であり、これらのパラメータがそれぞれどのように材料の力学的性質に影響を及ぼすのかについては十分な理解が及んでいない。自然からその機序を学び取る本研究のスタンスは、「最小の要素で最大の強度を発現できるような構造」をもつ材料の創製に貢献できると期待できる。
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