| 研究課題/領域番号 |
22K04733
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
鈴木 茂 東北大学, マイクロシステム融合研究開発センター, 教授 (40143028)
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| 研究分担者 |
熊谷 正芳 東京都市大学, 理工学部, 准教授 (20582498)
佐藤 成男 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40509056)
谷本 久典 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70222122)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022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)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 磁気弾性効果 / 振動 / 磁区構造 / 弾性異方性 / 鉄合金 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
機能性の強磁性鉄合金は、特異な磁気弾性等の異方性のために外的振動に対して複雑な応答性を示す。これらの合金はアクチュエーターやセンサーの動的デバイスへの応用が期待されているが、その応答性については不明な点が多い。例えば、動的デバイスの応答性等に関する研究では鉄合金の振動発電は逆磁歪効果によるとされていたが、実際には多重的な強制振動や減衰振動が起こり鉄合金の異方性も考慮する必要がある。本研究では強磁性鉄合金における複雑な応答性の解明に向け、外場印加による動的緩和解析、格子ひずみ評価、有限要素解析等を駆使した多面的解析により応答性に優れるデバイス構造体について検討する。
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| 研究実績の概要 |
機能性強磁性鉄合金の強制振動による応答性等に影響する因子を明らかにするために、Fe－Ga合金単結晶を例にとって、その減衰緩和過程、異方的弾性ひずみ等に関して多面的な解析を行った。それらの解析結果やデバイス動作に関する情報を基に、振動応答性に優れたデバイス構造についても検討した。具体的には、デバイス構造体上において機械的振動に応答する鉄合金の微視的特性（動的な磁気弾性等の異方性等）の発現過程を考慮することにより、振動に対して鉄合金の動的ひずみを制御するデバイス構造体の設計指針等を整理した。研究で対象とした幾つかの鉄合金の減衰緩和の影響を運動方程式に取り入れて、時間とともに変化するひずみの変化等を表した。この方程式には粘性項（減衰率に対応）等を入れ、振動を評価することにより、構造体の特性等を考慮して各箇所での振動過程を見積もった。強制振動においては周期的外部応力等が加わり、これらの振動解析では合金の幾つかの基本情報が必要となる。ここでは、弾性異方性の大きいFe-Ga合金単結晶の各種特性の評価等を行うとともに、それらの合金の磁気特性や磁気弾性等に関する多面的な解析結果等も用いて、複合的な微小ひずみを評価した。特に、局所応力評価、Kerr顕微鏡による静的磁区観察、ひずみゲージ法やX線回折法による磁歪測定、振動発電と対応づけた逆磁歪測定の結果から、電磁誘導による振動発電特性等に関する研究成果が得られた。それらの成果は学協会の講演会会で発表するとともに、それと平行してに関連する体心立方金属中の転位緩和、不均一変形等に関する研究も行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
強制振動等による機能性強磁性鉄合金について、減衰緩和過程解析、格子ひずみ解析、磁壁周辺ひずみ解析等を多面的に行うことで、鉄合金の振動応答性に影響する因子等を解明することができた。それらの要因やデバイス構造体の動作に関する情報から、鉄合金の振動に対する応答性に関わるデバイス構造についても検討しており、研究はおおむね順調に進展している。今後は、鉄合金とデバイスとの適合性を向上させることも視野に入れ、デバイス構造体上で応答する鉄合金の微視的特性をさらに検討していく。これにより、振動に対して鉄合金の動的ひずみを制御するデバイス構造体の設計指針を具体化していく。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究から、強磁性鉄合金の振動特性を制御するには、運動方程式における振動の各要因を解明することが不可欠であるという結論に達した。今回の提案では、これまで構築した研究基盤から、異なる条件での減衰率測定、中性子回折法による格子ひずみ評価、高度なFEM解析等を行うことにより、鉄合金の複雑な振動の本質に迫る計画である。さらに今後は、放射光を利用した構造評価、格子欠陥の移動の緩和過程（擬弾性現象）を明らかにした減衰に関する研究等の実績も踏まえて、本研究を推進する予定である。
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