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ナノスケール構造制御による高機能CNT/セラミックス複合材料の実用化手法開発

Research Project

Project/Area Number 23860004
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

山本 剛  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30436159)

Project Period (FY) 2011-08-24 – 2013-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2011: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords機械材料・材料力学 / カーボンナノチューブ / 複合材料 / セラミックス / 機械的特性
Research Abstract

セラミックスはその優れた材料特性から,機器・構造材料の性能や適応範囲の壁をブレークスルーできる可能性を有している.しかしながら,き裂先端での高い応力集中を緩和させる機構が作用しにくいセラミックス材料は脆く,これを機器・構造用部材の荷重担体として安全に使用できる段階まで開発されてはいない.本研究の目標は,カーボンナノチューブの優れた材料特性を活用することで,実用化可能な多機能性セラミックスの創製のための設計手法の方法論を構築することである.研究目標を達成するための最も重要な課題は,"破壊靭性の飛躍的な向上"と"連続生産が可能な製造プロセスの確立"である.
開発材料の破壊特性の向上牽達成するためには荷重担体となる繊維の破壊強度に関する理解は,繊維を強化要素として使用した複合材料の設計において極めて重要である.このような背景のもと,今年度は,異なる温度でアニール処理を行った4種類のMWCNT単味の一軸引張実験をSEM観察下において実施した.その結果,MWCNTのナノ構造に依存して剣鞘型あるいはクリーンブレーク型の破断形態を呈することを見出すとともに,MWCNT単味の破壊特性を向上させるための最適なナノ構造が存在することを発見した.さらに,アニール処理によりナノ組織を制御でき,MWCNT単味の強度を向上できることを世界に先駆けて示している.従来のMWCNT/セラミックス複合材料の作製に関する研究では,放電プラズマ焼結法等のバッチ式加圧焼結法が多用されてきた.無加圧焼結法によることができれば,サンプルの大型化や任意形状の部品への展開など,実用上の利点が期待される.本研究では,無加圧焼結法で緻密なMWCNT/アルミナ複合材料を作製することに成功し,試作材の強度および破壊靱性特性はバッチ式加圧焼結法も超える世界トップの値であることを示している.この成果は,複合体作製の連続プロセス化を可能にするものであり実用化を大きく前進させることが期待される.

Report

(1 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2012 2011 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (4 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Prediction of Pull-out Force of Multi-walled Carbon Nanotube (MWCNT) in Sword-in-sheath Mode2012

    • Author(s)
      G. Yamamoto, S. Liu, N. Hu, T. Hashida, Y. Liu, C. Yan
    • Journal Title

      Computational Materials Science

      Volume: Vol.60 Pages: 7-12

    • DOI

      10.1016/j.commatsci.2012.03.016

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nanotube fracture during the failure of carbon nanotube/alumina composites2011

    • Author(s)
      G. Yamamoto, K. Shirasu, T. Hashida, T. Takagi, J. Suk, J. An, R. Piner. R. Ruoff
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: Vol.49 Issue: 12 Pages: 3709-3716

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2011.04.022

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation on CNT/alumina interface properties using molecular mechanics simulations2011

    • Author(s)
      S. Liu, N. Hu, G. Yamamoto, Y. Cai, Y. Zhang, Y. Liu, Y. Li, T. Hashida, H. Fukunaga
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: Vol.49 Issue: 11 Pages: 3698-3704

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2011.04.059

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 単繊維引抜き試験によるカーボンナノチューブ/アルミナ複合材料のクラックブリッジング挙動特性評価2011

    • Author(s)
      山本剛, 白須圭一, 高木敏行, 橋田俊之
    • Journal Title

      日本機械学会論文集A編

      Volume: 77 Pages: 779-783

    • NAID

      130000874068

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 無加圧焼結法により作製したカーボンナノチューブ/アルミナ複合材料の機械的特性評価に関する研究2012

    • Author(s)
      山本剛, 白須圭一, 野坂陽, 高木敏行, 橋田俊之
    • Organizer
      日本機械学会東北支部第47期総会・講演会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2012-03-13
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] カーボンナノチューブ/アルミナ複合材料作製のための常圧焼成法の開発と機械的特性評価に関する研究2012

    • Author(s)
      野坂陽, 白須圭一, 山本剛, 大森守, 橋田俊之
    • Organizer
      日本機械学会東北学生会第42回学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      福島
    • Year and Date
      2012-03-06
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of Carbon Nanotube Reinforced Ceramic Matrix Composites and Their Applications2012

    • Author(s)
      Go Yamamoto, Keiichi Shirasu, Yo Nozaka, Mamoru Omori, Namie Suzuki, Toshiyuki Hashida
    • Organizer
      The 1st Tohoku Univ.-Chosun Univ.-Chonbuk National Univ.-Mini Workshop, International Workshop on Energy and Reliability 2012
    • Place of Presentation
      Chosun Univ., Chonbuk National Univ., Korea
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of Carbon Nanotube Strength on Mechanical Properties of Carbon Nanotube/Alumina Composites Prepared by Pressureless Sintering2011

    • Author(s)
      Go Yamamoto, Keiichi Shirasu, Toshiyuki Takagi, Toshiyuki Hashida
    • Organizer
      NT11 International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      University of Cambridge, Cambridge, UK
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究室HP

    • URL

      http://www.hashidalab.rift.mech.tohoku.ac.jp/

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究機関HP

    • URL

      http://www.rift.mech.tohoku.ac.jp/

    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-09-05   Modified: 2019-07-29  

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