Design and development of high-performance magnetoelectric composite materials based on periodic polarization inversion structures

• Project/Area Number: 23K26004
• Project/Area Number (Other): 23H01309 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Osaka Institute of Technology
• Principal Investigator: 上辻 靖智 大阪工業大学, 工学部, 教授 (00340604)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山浦 真一 大阪工業大学, 工学部, 教授 (50323100)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000); Fiscal Year 2027: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2026: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2025: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: 機能材料 / マルチスケール / 電気磁気効果 / 第一原理 / 分極反転

Outline of Research at the Start

電気磁気複合材料は圧電相および圧磁相の共存により電気と磁気の変換が可能であるが，実用化には一桁以上の特性向上が必要である．電気磁気効果の鍵は，不均質構造におけるひずみ伝達にある．これまでに，複合セラミックスにマルチスケール最適化を適用し，周期相配置・周期分極反転構造が従来の20倍以上の特性を発揮することを発見した．本研究では，発見した周期構造を粒子分散高分子材料に適用し，その効果をマルチスケール有限要素解析と試作実験で検証する．さらに，電気磁気セラミック結晶の開発を目指して，第一原理計算により原子スケールにおける周期構造効果を理論検証し，原子制御結晶創製への新たな設計指針を創造する．