2019 Fiscal Year Research-status Report
Geometric modeling and Monte Carlo simulations for anisotropic and non-linear deformation of polymeric materials
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17K05149
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| Research Institution | Sendai National College of Technology |
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Principal Investigator |
鯉渕 弘資 仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (00178196)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 材料科学 / 異方的変形 / Finsler幾何 / 離散幾何 / 統計力学的モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
この研究は，(1) コラーゲン（動物の筋肉等）の応力－ひずみ曲線がJ-曲線になる理由，(2) 光照射で変形するLiquid Crystal Elastomer(LCE) 厚膜，(3) 柔らかい物質の外部電磁場による変形現象をその柱として出発した。H30年度までで，当初の予定の研究は終了し，それらの学術論文への出版も終えた。H31年（令和元年）度は，(1)に関連する研究として，rubber(ゴム)の変形に対してFinsler Geometry(FG)モデルの考え方を適用し，既に報告されている応力―ひずみ曲線の実験結果が再現されることを示し，論文として発表した。 ゴムは生ゴムと合成ゴムに分けられるが，生ゴムは外力を加えると部分的に「ひずみ誘起結晶化：Strain Induced Crystallization(SIC)」と呼ばれる結晶化が起こり，このSICによって応力緩和が起こると考えられている。そこで，通常のポリマーのモデルから出発して，ポリマーの結晶状態をモデル化することで，この応力緩和状態が再現できないかどうかを試みた。その結果，応力―ひずみ曲線の実験結果がうまく再現されることが分かった。結果は論文として発表する予定である。
さらに，(3)の「柔らかい物質」として，ポリフッ化ビニリデン(PVDF)を対象とした研究も進め，結果は国際会議で発表した。また，将来のコンピュータメモリとして期待されているスキルミオンという磁気的な状態の異方的な変形現象にFGモデリングの考え方を適用できることも分かった。その結果は国際会議で発表した。今年度はこれらの新しい研究を開始できる準備も整えることができた。
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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
「研究実績の概要」に記載の計画(1),(2),(3)はそれぞれ，(1)機械的外力，(2)光，(3)電磁場，という3つの外部刺激によるLCEなどの柔らかい物資の応答が，FGモデルで説明できるかどうかという研究である。(1),(2),(3)の当初の計画は，上記のように，追加の論文以外，すべて論文発表まですべて終了している。このほか，PVDFという強誘電体ポリマー，スキルミオンという磁性体材料を対象とした新しい研究への足掛かりを得ることができた。これらが，「おおむね順調」とした理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
以上に記載のとおり，(1)機械的外力，(2)光，(3)電磁場，という3つの外部刺激による柔らかい物資における変形現象のFGモデルによる研究は，予定どおりに実施した。
実績の概要に述べたように，Strain Induced Crystallization(SIC)のモデリングによる研究結果を論文化するために，この科研費の延長願いを提出して承認を受けたため，今年度はこの論文化を行う。
また，進捗状況で述べたように，今後はPVDFという強誘電体ポリマー，スキルミオンという磁性体材料を対象とした研究を軸に，新しい科研費（新学術公募研究）の支援も受けて，FGモデリングの考え方を材料研究の新しい研究方法として発展させていく。
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| Causes of Carryover |
H30年度からH31年度にかけて実施して既に論文化も終了している「ゴム弾性」に関する研究をより深めるために新たに開始した研究の論文化が令和2年4月以降になった。この「次年度使用額」はその論文化の予算として利用する予定である。なお，当初の研究計画は論文化まで含めて全て終了している。この「ゴム弾性」に関する研究は当初の計画には入っていなかったが，計画に関連した研究であったため実施したものである。
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[Journal Article] Finsler geometry modeling of reverse piezoelectric effect in PVDF2019
Author(s)
V I Egorov, O G Maksimova, H Koibuchi, G Jug, C Bernard, J-M Chenal, O Lame, G Diguet, G Sebald, J-Y Cavaillie, T Takagi
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 1391
Pages: 012014(1-4)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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