インプランタブル無鉛圧電材料の混晶設計と実践的創製支援シミュレーション

• 研究課題/領域番号: 22760087
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 大阪工業大学
• 研究代表者: 上辻 靖智 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (00340604)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2012年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2011年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2010年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 材料設計 / プロセス・物性・評価 / 第一原理計算 / 状態図 / 圧電材料 / バイオマテリアル / 複合ペロブスカイト / スパッタ薄膜 / マルチスケール解析

研究概要

医療電子制御機械に適用可能な新規無鉛圧電材料の創製を支援するため,巨大圧電性を発現する新規ペロブスカイト型化合物の複合化設計と,第一原理計算を導入した実践的創製支援シミュレーションを構築した.生体適合性を考慮して複合化のための置換元素を厳選した上で,フォノンモードを考慮した構造相転移プロセスの予測法を開発し,機能創発の鍵となる結晶構造を特定した.ランダウ現象論に基づくエネルギ関数の定式化と第一原理計算による係数同定により状態図を予測し,モルフォトロピック相境界の最適創製条件を探索した.

研究成果

• [雑誌論文] EBSD crystal morphology analysis and multiscale simulation of piezoelelctric materilas (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji, Hiroyuki Kuramae, Kazuyoshi Tsuchiya, Marc Kamlah
  • 雑誌名: International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements 巻: Vol.1 号: 2 ページ: 198-210
  • DOI: 10.2495/cmem-v1-n2-199-211
  • 査読あり
• [雑誌論文] EBSD crystal morphology analysis and multiscale simulation of piezoelelctric materilas (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 雑誌名: International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements 巻: 1 ページ: 198-210
  • 査読あり
• [雑誌論文] 第一原理計算によるペロブスカイト型非酸化物 ABX_{<font size="-1">3</font>} (X = F, Cl, S) の構造・機能評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上辻靖智,槌谷和義,仲町英治
  • 雑誌名: 材料 巻: 61 号: 9 ページ: 750-755
  • DOI: 10.2472/jsms.61.750
  • NAID: 130002084922
  • ISSN: 0514-5163, 1880-7488
  • 査読あり
• [雑誌論文] 第一原理計算によるペロブスカイト型非酸化物ABX3（X=F，Cl，S）の構造・機能評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上辻靖智
  • 雑誌名: 材料 巻: 61 ページ: 750-755
  • NAID: 130002084922
  • 査読あり
• [雑誌論文] A multiscale finite element simulation of piezoelectric materials using realistic crystal morphology (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji, Hiroyuki Kuramae, Kazuyoshi Tsuchiya, Marc Kamlah
  • 雑誌名: WIT Transactions on Modelling and Simulation 巻: Vol.51 ページ: 601-611
  • DOI: 10.2495/cmem110531
  • 査読あり
• [雑誌論文] A multiscale finite element simulation of piezoelectric materials using realistic crystal morphology (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 雑誌名: WIT Transactions on Modelling and Simulation 巻: 51 ページ: 601-611
  • 査読あり
• [雑誌論文] 圧電材料のEBSD結晶形態に対するマルチスケール有限要素モデリングの検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上辻靖智
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(A編) 巻: 76 ページ: 401-403
  • 査読あり
• [学会発表] 第一原理計算に基づいた新規無鉛圧電材料の創製支援シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 千代昌功,上辻靖智,槌谷和義
  • 学会等名: 日本機械学会第20回機械材料・材料加工技術講演会
  • 発表場所: 大阪工業大学
  • 年月日: 2012-12-01
• [学会発表] 第一原理計算に基づいた新規無鉛圧電材料の構造安定性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 千代昌功,上辻靖智,槌谷和義
  • 学会等名: 日本機械学会材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] Two-step homogenization simulation of polycrystalline piezoelectric materials (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji, Hiroyuki Kuramae,Kazuyoshi Tsuchiya
  • 学会等名: 38th Solid Mechanics Conference
  • 発表場所: ポーランド・ワルシャワ
  • 年月日: 2012-08-28
• [学会発表] Hierarchical modeling of multigrain and multidomain structures in piezoelectric materials (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 学会等名: The 10th World Congress on Computational Mechanics (WCCM 2012)
  • 発表場所: Sao Paulo, Brazil
• [学会発表] Two-step homogenization simulation of polycrystalline piezoelectric materials (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 学会等名: 38th Solid Mechanics Conference (SOLMECH 2012)
  • 発表場所: Warsaw, Poland
• [学会発表] Homogenization modeling of multigrain and multidomain structures in piezoelectric materials (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 学会等名: The 6th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering (ECCOMAS 2012)
  • 発表場所: Vienna, Austria
• [学会発表] Three-scale Modeling and Numerical Simulation of Polycrystalline Piezoelectric Materials (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 学会等名: The 3rd Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures (ACMFMS 2012)
  • 発表場所: New Delhi, India
• [学会発表] 第一原理計算に基づいた新規無鉛圧電材料の構造安定性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上辻靖智
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2012材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県）
• [学会発表] 第一原理計算に基づいた新規無鉛圧電材料の創製支援シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 上辻靖智
  • 学会等名: 日本機械学会 第20回機械材料・材料加工技術講演会M&P2012
  • 発表場所: 大阪工業大学（大阪府）
• [学会発表] First-Principles Study on NovelLead-free Piezoelectric Materials (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji, Kazuyoshi Tsuchiya, EijiNakamachi
  • 学会等名: SPIESmart Nano-Micro Materials and Devices
  • 発表場所: オーストラリア・メルボルン
  • 年月日: 2011-12-06
• [学会発表] First-Principles Study on Novel Lead-free Piezoelectric Materials (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 学会等名: SPIE Smart Nano-Micro Materials and Devices
  • 発表場所: Melbourne, Australia
  • 年月日: 2011-12-06
• [学会発表] 新規無鉛圧電材料開発を目指した複合ぺロブスカイト型酸化物の第一原理計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岩崎徳,上辻靖智,槌谷和義
  • 学会等名: 日本機械学会第24回計算力学講演会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-10-09
• [学会発表] 多結晶および多分域構造の階層的モデリングによる圧電材料の特性評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上辻靖智
  • 学会等名: 日本機械学会第24回計算力学講演会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-10-09
• [学会発表] 新規無鉛圧電材料開発を目指した複合ペロブスカイト型酸化物の第一原理計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岩崎徳、上辻靖智
  • 学会等名: 日本機械学会第24回計算力学講演会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-10-09
• [学会発表] ドメイン・スイッチングおよび構造相転移を考慮した強誘電体のマルチスケール解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 堤正義、上辻靖智
  • 学会等名: 日本機械学会第24回計算力学講演会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-10-09
• [学会発表] RFマグネトロンスパッタリング法による新規無鉛圧電薄膜の創製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森山亮祐,上辻靖智,槌谷和義
  • 学会等名: 日本機械学会材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 九州工業大学
  • 年月日: 2011-07-17
• [学会発表] 第一原理計算による新規無鉛圧電材料の構造および機能評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 千代昌功,上辻靖智,槌谷和義
  • 学会等名: 日本機械学会材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 九州工業大学
  • 年月日: 2011-07-17
• [学会発表] 2次元および3次元EBSD結晶形態に基づいた圧電材料のマルチスケール解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上辻靖智
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2011材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 九州工業大学
  • 年月日: 2011-07-17
• [学会発表] 第一原理計算による新規無鉛圧電材料の構造および機能評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 千代昌功、上辻靖智
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2011材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 九州工業大学
  • 年月日: 2011-07-17
• [学会発表] RFマグネトロンスパッタリング法による新規無鉛圧電薄膜の創製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 森山亮祐、上辻靖智
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2011材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 九州工業大学
  • 年月日: 2011-07-17
• [学会発表] 無鉛圧電材料のコロニー形成試験 (2011)
  • 著者名/発表者名: 畦地一甫、上辻靖智
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2011材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 九州工業大学
  • 年月日: 2011-07-17
• [学会発表] A multiscale finite element simulation of piezoelectric materials using realistic crystal morphology (2011)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 学会等名: 15th International Conference on Computational Methods and Experimental Measurements (CMEM 2011)
  • 発表場所: New Forest, UK
  • 年月日: 2011-06-02
• [学会発表] Crystal Morphology Analysis of Piezoelectric Ceramics Using Electron BackScatter Diffraction and Its Application to Multiscale Finite Element Analysis (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 学会等名: The 2nd Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2010-10-23
• [学会発表] Multiscale Finite Element Modeling for Polycrystalline Ferroelectric Materials (2010)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Taniguchi
  • 学会等名: The 2nd Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures
  • 発表場所: Nanjing, China
  • 年月日: 2010-10-23
• [学会発表] RFマグネトロンスパッタリング法による生体適合圧電材料MgSiO3薄膜の創製条件探索 (2010)
  • 著者名/発表者名: 森山亮祐,上辻靖智,槌谷和義
  • 学会等名: 日本機械学会材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 長岡技術科学大学
  • 年月日: 2010-10-11
• [学会発表] 第一原理計算による複合ぺロブスカイト型酸化物の構造・機能評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岩崎徳,上辻靖智,槌谷和義
  • 学会等名: 日本機械学会材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 長岡技術科学大学
  • 年月日: 2010-10-11
• [学会発表] 第一原理計算による複合ペロブスカイト型酸化物の構造・機能評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岩崎徳
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2010材料力学部門講演会
  • 発表場所: 長岡技術科学大学(長岡市)
  • 年月日: 2010-10-11
• [学会発表] バルブレス圧電ポンプの圧電-流体連成有限要素解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 平盛智己
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2010材料力学部門講演会
  • 発表場所: 長岡技術科学大学(長岡市)
  • 年月日: 2010-10-11
• [学会発表] 細胞毒性試験による無鉛圧電材料の生体適合性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 畦地一甫
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2010材料力学部門講演会
  • 発表場所: 長岡技術科学大学(長岡市)
  • 年月日: 2010-10-10
• [学会発表] RFマグネトロンスパッタリング法による生体適合圧電材料MgSiO_3薄膜の創製条件探索 (2010)
  • 著者名/発表者名: 森山亮祐
  • 学会等名: 日本機械学会 M&M2010材料力学部門講演会
  • 発表場所: 長岡技術科学大学(長岡市)
  • 年月日: 2010-10-10
• [学会発表] Development of Multiscale Nonlinear Finite Element Method for Ferroelectric Piezoceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji, Tetsuya Hata, Hiroyuki Kuramae, Kazuyoshi Tsuchiya, Marc Kamlah
  • 学会等名: 9th World Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: オーストラリア・シ ドニー
  • 年月日: 2010-07-22
• [学会発表] Development of Multiscale Nonlinear Finite Element Method for Ferroelectric Piezoceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 学会等名: 9th World Congress on Computational Mechanics
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 年月日: 2010-07-22
• [学会発表] A Multiscale Nonlinear Finite Element Simulation of Domain Switching Behaviors in Piezoelectric Materials (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasutomo Uetsuji
  • 学会等名: The 12th International Congress on Mesomechanics
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2010-06-22