2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of High Performance Smart Composite Material with Enhancing Domain Density at the PZT/Magnetostrictive Interface for Designing Energy Harvesting, IoT Devices
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17H03140
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
古屋 泰文 東北大学, マイクロシステム融合研究開発センター, 客員教授 (20133051)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成田 史生 東北大学, 工学研究科, 教授 (10312604)
和田 智志 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (60240545)
中尾 航 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (60361870)
千葉 晶彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00197617)
戸津 健太郎 東北大学, マイクロシステム融合研究開発センター, 准教授 (60374956)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 複合機能材料 / 環境発電 / ナノドメイン / スピントロ二クス / 磁歪合金 / 圧電体 / 振動発電デバイス / マルチフェロイクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，自立分散型ＩｏＴセンサや環境発電エネルギーハーベスト型の高性能スマート材料・デバイス設計・開発を行うが、その特徴は、大きなバイアス応力・逆磁歪漏れ磁束効果を活かせる、圧電体で表面を被覆した磁歪材（薄板、ファイバ）埋込み型の複合機能型材料の創生を目指す。
その目標達成ために、初年度（H.29）には、まず、磁歪および圧電要素材料の物性評価を実施した。特に、磁歪合金の加工度合と熱処理条件を変えて微視的な組織改質を実施して、一層の磁歪量および磁歪感受率の3倍以上の増大を達成できた。また、磁区の増殖度合いを非破壊的に評価可能な、磁化過程での磁区発生・移動を反映する、ミクロ磁気的雑音（バルクハウゼンノイズ，BHN）計測システムを構築して、異相界面部でのドメイン（磁区，分極域）増殖とその動的挙動（ドメインダイナミクス）へのシナジー効果を診断できるであろう基本計測技術を構築した。これらにより、高感度化させたＦｅＣｏ過剰型組成（ＦｅＣｏ原子％）磁歪合金ワイヤーを用いた応力センサの可能性を実証できた。他方、圧電体では、ＰＺＴ粉を入手して、その物性値およびポリマー系部材に分散凝固させた、磁歪被覆材を試作した。
これらにより、圧電体で表面を被覆した磁歪材（薄板、ファイバ）埋込み型の複合機能型材料の試作する準備ができた。なお、磁歪合金（ＦｅＣｏ過剰型）の改質による高感度化および磁気的雑音（バルクハウゼンノイズ，BHN）計測システム）の応力依存性については、学会発表および2編の論文投稿（和文および英文誌）を行って、成果の公表に努めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度（H.29）としての、複合材料の素材側2種類、磁歪および圧電要素材料の物性評価が出来た点。特に、磁歪合金の加工度合と熱処理条件を変えて微視的な組織改質を実施して、一層の磁歪量および磁歪感受率の増大を達成できた。また、磁区の増殖度合いを非破壊的に評価可能な、磁化過程での磁区発生・移動を反映する、ミクロ磁気的雑音（バルクハウゼンノイズ，BHN）計測システムの基本技術をを構築した点。また、圧電体では、ＰＺＴ粉を入手して、その物性値およびポリマー系部材に分散凝固させた、磁歪被覆材を試作できて、新たな、スピントロニック複合機能化ナノ材料への研究開発、すなわち、圧電体で表面を被覆した磁歪材（薄板、ファイバ）埋込み型の複合機能型材料の試作する準備ができた点。さらには、磁歪合金（ＦｅＣｏ過剰型）の改質による高感度化および磁気的雑音（バルクハウゼンノイズ，BHN）計測システム）の応力依存性にていては、学会発表および2編論文投稿と特許申請1件が出来た点。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の成果をもとに、本研究開発目標とする、磁歪合金（繊維・薄板）強化・圧電体被覆のマルチフェロイクス型機能融合コンポジットの創生への実験および理論解析データを集積する。そのために、以下の項目を研究する。（１）フェロイクス（磁歪・圧電）要素材の高性能化：複合機能化材料設計に用いる磁歪・圧電体フェロ要素材料の製造と特性解析の深化とスピントロニック的なシナジー効果視点での高感度化メカニズムへの考察。
（２）異相界面ミクロ∼ナノ設計（三次元３D成形体・表面MEMS加工：磁歪細線・薄板表面にナノ凹凸溝を加工し、異相界面部での微細ドメイン増殖促進の実証。
（３）磁気弾性マイクロ力学モデル解析：円筒構造体複合界面部モデルの有限要素メッシュ解析と最適化設計を調査。
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