| 研究課題/領域番号 |
19K14836
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
栗田 大樹 東北大学, 環境科研究科, 助教 (40643226)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 磁歪 / セルロースナノファイバー / 複合材料 / 磁歪材料 / 環境発電 / センサ材料 / スマート材料 / IoT / 材料設計 / マルチスケール材料力学 / 材料力学 / 自己変形 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
可逆的な二次元(2D)材料の三次元(3D)変形技術の開発は現在の設計概念を根底から覆す極めて革新的な技術になると考えられる．本研究では，日本の伝統芸術である「折り紙」の機構に着目し，磁場の印加によりひずみ・変形が生じる磁歪効果を利用した，可逆的に自己3D変形が可能な磁歪折り紙を創成する．具体的には，磁歪繊維を織り込んだ紙を作製し，その磁歪特性・変形を評価する．さらに，本研究から得られる可逆的に自己3D変形可能な磁歪折り紙は副次的に持ち運び・折りたたみが可能な磁歪センサ・アクチュエータ，逆磁歪効果を利用した環境発電可能な紙の実現も可能とする．
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| 研究成果の概要 |
磁歪材料は，コイルを用いて機械的な衝撃や振動から電力を発生させることから，エネルギーハーベスティング材料として注目されている．磁歪材料として，Tb-Dy-Fe合金やFe-Ga合金などが知られているが，これらの材料は脆性かつ高価であるという問題がある。そこで、磁歪粒子を分散させたポリマーマトリックス複合材料が先行研究で検討されている．本研究では、Fe-Co合金および作製したFe-Co合金粒子分散セルロースナノファイバー（CNF-FeCo）紙に着目し，その磁歪を調べた。一部のCNF-FeCo紙は、Fe-Co合金単体の薄膜の磁歪（70 ppm）よりも高い磁歪（200 ppm）を示した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により，高い磁歪特性を有する紙が作成できることがわかった．この磁歪折り紙は，将来的に，可逆的な二次元(2D)材料の三次元(3D)変形技術の開発へと発展し，変形可能な電池，3D電子部品，自己折りたたみ式ロボットなどの設計を可能とする．さらに，本研究から得られる可逆的に自己3D変形可能な磁歪折り紙は副次的に持ち運び・折りたたみが可能な磁歪センサ・アクチュエータ，逆磁歪効果を利用した環境発電可能な紙も実現できると考えられる．
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