| 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 |
完了 (2024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 / 3Dプリンター / 粘弾性 / 音波 / パターン / モデル / 空隙 / 木材 / 3Dプリンタ / セルロース / べき乗則 / ネットワーク / 耐衝撃性 / 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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| 研究成果の概要 |
空孔の直径および孔数を系統的に変えたモデル材料を3Dプリンターによって作製し、その粘弾性測定に加え、音波による力学的測定の可能性について検討した。その際、レオロジー特性と音波特性のアナロジーに着目して、モデル材料の粘弾性の周波数応答を検討した。孔数をさまざまに変えたモデル材料の動的粘弾性を行ったところ、ある孔数で弾性率の極大を示した。これは、エネルギー散逸を最小化した孔数の存在を示唆する。次に、音波の位相差と試料の厚さとの関係を測定して材料中の音速を求め、弾性率を算出した。その結果、音波測定によって求めた材料の弾性率の挙動が、動的粘弾性測定によって得られた挙動と一致することが示された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
自然界には木材をはじめとして、多くの多孔質材料が存在している。多孔質材料は内部に空孔を持つため、同体積であればバルク材料に比べて軽量である。したがって、それを研究することによって、環境への影響を軽減することにつながると考えられる。しかし木材などの天然の材料の空隙は、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。自然からその機序を学び取る本研究のスタンスは、「最小の要素で最大の強度を発現できるような構造」をもつ材料の創製に貢献できると期待できる。
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