2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of piezoelectric nanoparticle dispersed polymer composite materials for special temperature energy harvesting and electrodynamic behavior evaluation
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16H04227
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
成田 史生 東北大学, 工学研究科, 教授 (10312604)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
栗田 大樹 東北大学, 工学研究科, 助教 (40643226)
熊谷 進 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (30390389)
森 孝太郎 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (40712740)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | マルチスケール材料力学 / 数値シミュレーション / 材料試験 / 強誘電材料システム / 高分子系複合材料 / 電場・温度場・力学場相互干渉 / 温度環境発電 / スマート材料・構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，様々なモノに貼ることのできる軟らかいチタン酸バリウムナノ粒子分散ポリマー複合材料を開発し，温度発電・蓄電・圧電応答挙動および破壊・疲労挙動を数値シミュレーション・実験両面から解明するものである．得られた成果を要約すると以下の通りである．
1. チタン酸バリウムナノ粒子分散ポリマー複合材料を作製し，温度変化（高温）による出力電圧を明らかにして，ニオブ酸カリウムナトリウム粒子分散ポリマー複合材料の場合と比較・検討した．また，チタン酸バリウムナノ粒子分散ポリマー複合材料に微風による曲げ振動を与え，圧電応答挙動についても考察を加えた．
2. 温度変化発電を可能とするチタン酸バリウムナノ粒子分散ポリマー複合材料の圧電応答挙動に及ぼす分極条件の影響を明らかにするため，試験片を異なる条件でコロナポーリング法により分極し，圧電係数 d33 を計測した．そして，最適な分極時間・温度・電場を明らかにした．また，脱分極挙動について考察を加えた．さらに，走査型電子顕微鏡を用いてマトリックス中における圧電粒子の分布を観察し，X線回折を用いて粒子の微視構造も評価した．
3. チタン酸バリウムナノ粒子とエポキシ樹脂からなる傾斜機能圧電複合材料を対象に，圧電応答挙動に関する有限要素解析を行い，荷重および温度変化による環境発電特性を解明・考察した．
4. チタン酸バリウムナノ粒子とエポキシ樹脂とを混合してガラス繊維強化プラスチック複合材料を作製し, 圧電係数計測および改良型小型パンチ試験を行い，圧電応答挙動および破壊挙動を解明・考察した.
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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