2021 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, 主任研究員 (20527361)
荒木 稚子 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40359691)
栗田 大樹 東北大学, 環境科学研究科, 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，温度変化・履歴や振動・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. 圧電繊維/エポキシ複合材料の振動誘起電圧に及ぼす集中荷重の影響を解明した．2. (a) 圧電効果を有する繊維強化プラスチック（FRP）の開発に成功し，曲げ振動や衝撃荷重による出力電圧およびエネルギー変換効率を解明した．また，改良型小型パンチ試験やナノインデンテーション試験を行い，力学特性についても検討を加えた．(b) 圧電ナノ粒子分散ムライト繊維織物複合材料を開発し，振動・衝撃発電性能を明らかにした．3.(a) スピンコーティング法とホットプレス法を併用し，柔軟な圧電傾斜機能材料の作製方法を提案した．また，走査型電子顕微鏡やX線回折により微細構造を評価した．さらに，圧縮衝撃・曲げ振動発電実験を行い，エネルギー変換機能および衝撃・振動発電性能と傾斜組成分布との相関を明らかにした．(b) スピンコーティング法のみによる圧電傾斜機能材料作製技術を開発し，エネルギー変換機能および発電性能の大幅向上を実現した．4. エアロゾルデポジション法により圧電圧膜を開発し，力学特性評価方法について検討中である．5. (a) 鉄コバルト（Fe-Co）粒子分散複合フィルム，Fe-Co繊維分散複合材料およびFe-Si-Bo合金薄膜を開発し，磁気力学特性を解明して，センサ・環境発電デバイスへの応用可能性について考察した．6. Fe-Co/ニッケル積層材料を作製して，動的磁気力学応答を解明して，ウイルス検出機能について検討した．また，Fe-Co/Co-Fe-O積層材料の開発に成功し，動的磁気力学応答に関する興味ある結果を得ている．7. Fe-Co合金の3次元積層造形に成功し，磁気・磁歪特性や振動・衝撃発電性能に及ぼす構造の影響を解明した．
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| Research Progress Status |
令和3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 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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