2019 Fiscal Year Annual Research Report
Piezoelectric and Magnetostrictive Mechanical Design and Development of High Energy Conversion in Electronic Composite Materials
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19H00733
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
成田 史生 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (10312604)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川上 祥広 公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 特任研究員 (20527361)
荒木 稚子 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (40359691)
栗田 大樹 東北大学, 工学研究科, 助教 (40643226)
森 孝太郎 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 講師 (40712740)
宮本 直人 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60400462)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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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 / 振動発電 / スマート材料・構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，特殊な温度（極低温～高温）変化・履歴や微小振動・衝撃を電気に変換する機能性複合材料を開発し，電磁エネルギー変換機能を理論・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.(a) チタン酸バリウム（BTO）・ニオブ酸カリウムナトリウム（KNN）ナノ粒子分散ポリマー複合材料を作製し，圧電定数に及ぼすコロナ放電分極条件の影響を解明した．また，振動発電実験を行い，非定常風力発電挙動を明らかにした．(b) 傾斜機能圧電材料を取り上げ，熱物性を考慮した有限要素解析を行い，環境発電挙動を解明中である．
2.鉛フリー圧電ナノ粒子分散炭素繊維強化プラスチック（CFRP）を作製し，コロナ放電分極を施して，衝撃出力電力を評価した．また，圧電定数について検討中である．
3.(a) 鉄コバルト短繊維分散ポリマー複合材料を作製し，磁気・磁歪挙動を評価して，圧磁定数に及ぼす繊維体積含有率の影響を解明中である．また，有限要素解析を行い，実験結果に理論的検討を加えている．(b) 鉄コバルト長繊維分散CFRPを作製し，曲げ荷重と磁束密度の関係を解明して，損傷検知機能についても考察を加えた．
4.鉄コバルト合金とニッケル合金との積層材料を作製し，曲げ振動実験および有限有訴解析を行って，振動発電挙動を解明した．また，鉄コバルト繊維とアルミニウム合金からなる繊維複合材料を作製し，圧縮衝撃発電挙動も同様に明らかにした．さらに，鉄コバルト合金の磁気・磁歪挙動に及ぼす微量添加元素の影響についても検討中である．
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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
鉛フリー圧電ナノ粒子分散ポリマー複合材料や鉄コバルト長繊維分散CFRPの開発に成功し，興味ある結果を得ており，成果の一部は査読付国際雑誌に掲載されている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，学会発表の研究成果にさらに詳細な検討を加え，国際雑誌に投稿する．また，様々な磁歪複合材料の開発や圧電・磁歪効果を有する微小電子複合材料（ＭＥＭＳ）試作にも取り組み，環境発電挙動について解明する予定である．
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Research Products
(11 results)
