| Project/Area Number |
22K18889
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾方 成信 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20273584)
奥川 将行 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70847160)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 相転移 / 第一原理計算 / 付加製造 / 4Dプリント / メタマテリアル / バイメタル / 形状記憶 / 弾性異方性 / 原子模倣 / フェルミ面 / Additive Manufacturing / セル格子構造 |
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| Outline of Research at the Start |
材料の構造と特性の関係は新材料創成の基礎となる。3Dプリンタは広いスケールでの構造制御を可能とした。本研究は，材料科学が解明した原子レベル以下の構造と特性の関係から格子を設計し、物質が本来有さない特性を付与できると期待される。本研究では電子分布と弾性率の関係を元に材料の密度分布の制御で弾性率を制御する。さらに、応力誘起相転移する格子に、バイメタル梁を組み込むことで熱誘起相転移を発現させ、形状記憶を発現させる4Dメタマテリアルを提案する。これは、特定元素でしか発現し得えない特性を他の元素で発現の可能とし、持続可能な社会の構築に資する新技術の学術的基盤の構築に挑戦する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we aimed to create metamaterials by mimicking atomic structures and challenged the 4D printing of shape memory cellular lattice porous structures. By integrating 3D printing technology with materials science knowledge, we developed advanced materials with novel properties. Specifically, we evaluated the elastic anisotropy of face-centered cubic (FCC) and body-centered cubic (BCC) lattice structures. Additionally, we proposed 4D metamaterials with shape memory properties by incorporating bimetals into stress-induced phase-transforming lattice structures, enabling thermally induced phase transitions. Furthermore, we successfully replicated the elastic anisotropy of diamond and simple cubic structures and designed and evaluated lattices incorporating bimetal beams. This research established a new foundation for 4D metamaterial design and is expected to contribute to the development of a sustainable society.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、原子構造を模倣したメタマテリアルの創成を通じて、材料の密度分布を制御し弾性特性を自在に調整する新しい手法を提案した。3Dプリンタ技術と物質科学の知見を融合し、形状記憶セル格子多孔体の4Dプリントに成功したことは、特定の元素組成に依存しない新たな材料特性の発現を可能とした。特に、応力誘起相転移と熱誘起相転移を組み合わせた4Dメタマテリアルの設計は、持続可能な社会の構築に向けた新技術の基盤の構築の一助となる。また本研究は、電子構造に基づくメタマテリアル設計というパラダイムシフトを生み出すことに挑戦し、先進的材料科学の発展に寄与する重要な成果を挙げた点で意義が極めて大きい。
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