| 研究課題/領域番号 |
22K05767
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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40020:木質科学関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
巽 大輔 九州大学, 農学研究院, 准教授 (60293908)
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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 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 多孔質材料 / セルロース / 木材 / 粘弾性 / モデル / 3Dプリンタ / べき乗則 / 空隙 / ネットワーク / 耐衝撃性 / パターン / 軽量化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
自然界に見られるネットワークの機序に学び、それを材料創製に活かすことを目的とする。そこで、自然界のネットワークパターンを模倣し、3Dプリンタを用いたネットワークパターンの造形を行う。これの物性、とくに粘弾性や導電性を測定することにより自然界のネットワークの特徴を明らかにする。材料の特性として重要な耐衝撃性は、パルス波を電気信号として試料に与え、その応答波形を解析することによって求める。得られた物性を材料の構造的特徴（階層性）と照らし合わせることで、最小のネットワーク要素で最大の強度を発現できるようなネットワーク構造をもつ材料の創製に寄与する。
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| 研究実績の概要 |
木材は、内部に大きさや形状の異なる空隙を多数有した多孔質材料の一種である。その力学的性質は、他の多孔質材料と同様に、材料の空隙率あるいは密度と相関があることが知られている。しかし木材の空隙は、大きさや形状のみならずその分布等も複雑であり、これらのパラメータがそれぞれどのように材料の力学的性質に影響を及ぼすのかについては十分な理解が及んでいない。一方で、空隙の特徴を抽出したモデル材料の弾性率を検討した研究例では、モデル材料の弾性率が空隙の大きさおよび数に依存することが示されている。しかし、これらの研究は定性的議論の域を出ず、モデル研究の知見を木材に適用することは難しい。そこで本研究では、孔の大きさを系統的に変えたモデル材料を調製し、その力学的性質について検討した。材料にはUV硬化樹脂を用い、3Dプリンタによって円筒形の孔をくり抜いた円板状のモデルを作製した。孔の径を変化させることでモデル材料の体積分率を変化させ、それらを動的粘弾性測定に供して孔径と貯蔵弾性率の関係について検討した。
円板（径40 mm、高さ5 mm）内に円筒(径r = 0.50, 0.75, 1.00 mm、高さ5 mm)状の孔を均等に空けたデータを、光造形3Dプリンタを用いてウレタンアクリレートにより造形した。2-プロパノールで洗浄および2次硬化後、造形したモデル試料を粘弾性測定に供した。測定は、動的粘弾性装置を用いて、貯蔵弾性率G'の角周波数ω依存性について線形領域内ひずみ（γ = 0.1 %）における動的粘弾性測定を行った。
モデル試料の貯蔵弾性率G’ と体積分率φの関係を両対数プロットで表すと、両者の間に直線関係が得られた。すなわち、G' = Aφ^α
で表される関係があることが示された。また、孔径rによってαの値が変化しており、α ～ r^-1であることが示唆された。
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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
当初予定としては、初年度は3Dプリンタを用いたネットワークパターンの造形を行うこととしていた。今回作成したのは木材を念頭に置いた多孔質モデルである。しかしながら、多孔質モデルであっても実質部分（樹脂部分）がつながったネットワークとみなすことができ、その点で当初予定通りである。
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| 今後の研究の推進方策 |
現時点では、材料の評価法としては動的粘弾性測定のみである。今後は、材料の導電性測定を行い、それから得られるパラメータである導電性とすでに測定した粘弾性の同等性について検討する。また、与える刺激をパルス状とすることで耐衝撃性についても検討を行う。
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