多層CNTの構造制御：多層CNTは繊維強化プラスチックの強化要素となりうるか？

• 研究課題/領域番号: 15H05502
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 山本 剛 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30436159)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2017年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2015年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 構造制御 / 複合材料 / 分子動力学

研究成果の概要

分子動力学手法により，MWCNTの層間に架橋結合を導入することで，最外層のCNTに負荷した荷重は内層のCNTに伝達することが示された.架橋結合を導入することで公称強度は向上し，さらには欠陥敏感性が改善することがわかった.MWCNTの力学的特性を支配する構造欠陥種を明らかにするともに，熱処理を施すことで構造欠陥の低減が図られることを示した.2400度の温度条件で熱処理を行ったMWCNTは，未処理のものに比べて大きな有効強度とヤング率が得られた.複合材料においては，MWCNTの多重破断が発生する前に低い界面滑り抵抗に起因してMWCNTの引き抜け挙動を伴う主き裂が発生したことが理論的に示された.

研究成果

• [雑誌論文] 多層カーボンナノチューブの強度・破壊特性評価と構造欠陥の影響に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉木格，白須圭一, 宮崎孝道, 山本剛, Raman Bekarevich, 平原佳織, 島村佳伸, 井上翼, 橋田俊之
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 83 号: 847 ページ: 16-00283-16-00283
  • DOI: 10.1299/transjsme.16-00283
  • NAID: 130006943707
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Key factors limiting carbon nanotube strength: Structural characterization and mechanical properties of multi-walled carbon nanotubes (2017)
  • 著者名/発表者名: SHIRASU Keiichi、TAMAKI Itaru、MIYAZAKI Takamichi、YAMAMOTO Go、BEKAREVICH Raman、HIRAHARA Kaori、SHIMAMURA Yoshinobu、INOUE Yoku、HASHIDA Toshiyuki
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Journal 巻: 4 号: 5 ページ: 17-00029-17-00029
  • DOI: 10.1299/mej.17-00029
  • NAID: 130006943406
  • ISSN: 2187-9745
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of large-movements and high-force electrothermal bimorph actuators based on aligned carbon nanotube reinforced epoxy composites (2017)
  • 著者名/発表者名: Shirasu Keiichi、Yamamoto Go、Inoue Yoku、Ogasawara Toshio、Shimamura Yoshinobu、Hashida Toshiyuki
  • 雑誌名: Sensors and Actuators A: Physical 巻: 267 ページ: 455-463
  • DOI: 10.1016/j.sna.2017.10.051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Potential use of CNTs for production of zero thermal expansion coefficient composite materials: An experimental evaluation of axial thermal expansion coefficient of CNTs using a combination of thermal expansion and uniaxial tensile tests (2017)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Akihiro Nakamura, Go Yamamoto, Toshio Ogasawara, Yoshinobu Shimamura, Yoku Inoue, Toshiyuki Hashida
  • 雑誌名: Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 巻: 95 ページ: 152-160
  • DOI: 10.1016/j.compositesa.2016.12.027
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 多層カーボンナノチューブにおける軸方向線膨張係数の温度依存性に関する研究（配向カーボンナノチューブ/エポキシ複合材料の線膨張測定に基づく手法） (2016)
  • 著者名/発表者名: 白須圭一, 中村彰宏，山本剛, 小笠原俊夫, 島村佳伸, 井上翼, 橋田俊之
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 82 号: 844 ページ: 16-00228-16-00228
  • DOI: 10.1299/transjsme.16-00228
  • NAID: 130006943363
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Preparation and performance evaluation of electrothermal actuators using aligned carbon nanotube reinforced epoxy composites (2016)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Akihiro Nakamura, Go Yamamoto, Toshio Ogasawara, Yoshinobu Shimamura, Yoku Inoue and Toshiyuki Hashida
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Journal 巻: 3 号: 4 ページ: 15-00607-15-00607
  • DOI: 10.1299/mej.15-00607
  • NAID: 130005169827
  • ISSN: 2187-9745
  • 査読あり
• [雑誌論文] Negative axial thermal expansion coefficient of carbon nanotubes: Experimental determination based on measurements of coefficient of thermal expansion for aligned carbon nanotube reinforced epoxy composites (2015)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Go Yamamoto, Itaru Tamaki, Toshio Ogasawara, Yoshinobu Shimamura, Yoku Inoue, Toshiyuki Hashida
  • 雑誌名: Carbon 巻: 95 ページ: 904-905
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2015.09.026
  • 査読あり
• [学会発表] Evaluation of fracture and mechanical properties of carbon nanotubes by means of uniaxial tensile testing method (2018)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Luqman Hakim Bin Mat Yusoff , Go Yamamoto, Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: 1st CUHK-TU Joint Workshop on Advanced Materials and Manufacture
  • 国際学会
• [学会発表] 一軸引張り試験によるカーボンナノチューブの変形・破壊特性の評価に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: Luqman Hakim Bin Mat Yusoff，白須圭一，山本剛，橋田俊之
  • 学会等名: 日本機械学会東北学生会第48回学生員卒業研究発表講演会
• [学会発表] Evaluation of carbon nanotube strength for application to composite materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Go Yamamoto, Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: 13th International Conference and Exhibition on Advanced Materials and Nanotechnology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Friction and wear properties of carbon nanotube/alumina composites under water lubricated conditions (2017)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Takuto Miyaura, Go Yamamoto and Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: 21th International Conference on Composite Materials
• [学会発表] Preparation of Multi-Walled Carbon Nanotubes and Evaluation of their Mechanical Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Itaru Tamaki, Go Yamamoto and Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: 2nd USTB-TU Joint Workshop on Advanced Materials and Manufacture
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Tensile properties of Multi-Walled Carbon Nanotubes Synthesized by Chemical Vapor Deposition (2017)
  • 著者名/発表者名: Itaru Tamaki, Keiichi Shirasu, Takamichi Miyazaki, Go Yamamoto, Raman Bekarevich, Kaori Hirahara, Yoshinobu Shimamura, Yoku Inoue and Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: Asia-Pacific Conference on Fracture and Strength 2016 (APCFS2016)
  • 国際学会
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ/エポキシ複合材料の線膨張係数に及ぼすカーボンナノチューブの結晶性の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 白須圭一，玉木格，山本剛，橋田俊之
  • 学会等名: 第42回複合材料シンポジウム
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ/エポキシ複合材料を用いた熱駆動バイモルフアクチュエータの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 白須圭一，山本剛，橋田俊之
  • 学会等名: プラスチック成形加工学会 第28回年次大会
• [学会発表] 多層カーボンナノチューブの熱処理による構造制御とその材料特性評価に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 玉木格，白須圭一，山本剛，橋田俊之
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部 第52期総会・講演会
• [学会発表] 水潤滑下におけるカーボンナノチューブ/アルミナ複合材料の摩擦・摩耗特性評価に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮浦拓人，中村陽文，白須圭一，山本剛，橋田俊之
  • 学会等名: 日本機械学会東北学生会第47回学生員卒業研究発表講演会
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ/エポキシ複合材料の熱膨張特性評価とその応用に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中村彰宏, 白須圭一, 玉木格, 山本剛, 橋田俊之
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部 第51期総会・講演会
  • 発表場所: 仙台，東北大学
  • 年月日: 2016-03-11
• [学会発表] Preparation and characterization of carbon nanotube composites (2016)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Go Yamamoto and Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: USTB-TU Joint Workshop on Advanced Materials and Manufacture
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2016-03-10
  • 国際学会
• [学会発表] 配向カーボンナノチューブ複合材料の熱膨張測定に基づくカーボンナノチューブの軸方向線膨張係数の実験的評価とその温度依存性に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 白須圭一，中村彰宏，山本剛，小笠原俊夫，島村佳伸，井上翼，橋田俊之
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部 第52期秋季講演会
• [図書] Carbon Nanotubes- Recent Progress (2018)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Go Yamamoto, Daniel Nelias，Toshiyuki Hashida
  • 出版者: InTech open access publisher
  • ISBN: 9789535157076
• [図書] CNT/エポキシ複合材料を用いた熱バイモルフ (2017)
  • 著者名/発表者名: 白須圭一，山本剛，橋田俊之
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781312347
• [図書] Application of aligned carbon nanotube-reinforced polymer composite to electrothermal actuator (2016)
  • 著者名/発表者名: Keiichi Shirasu, Go Yamamoto and Toshiyuki Hashida
  • 出版者: InTech
• [備考] 山本研究室のwebページ
  • URL: http://www.plum.mech.tohoku.ac.jp/yamamoto_lab/index.html
• [備考] 山本研究室のwebページ
  • URL: http://www.plum.mech.tohoku.ac.jp/yamamoto_lab/
• [備考] 岡部・大矢/山本研究室のホームページ
  • URL: http://www.plum.mech.tohoku.ac.jp/toppage.html