| 研究課題/領域番号 |
22K18889
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
小泉 雄一郎 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (10322174)
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| 研究分担者 |
尾方 成信 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (20273584)
奥川 将行 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (70847160)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
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| キーワード | 相転移 / 第一原理計算 / 付加製造 / 4Dプリント / メタマテリアル / バイメタル / 形状記憶 / 弾性異方性 / 原子模倣 / フェルミ面 / Additive Manufacturing / セル格子構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
材料の構造と特性の関係は新材料創成の基礎となる。3Dプリンタは広いスケールでの構造制御を可能とした。本研究は，材料科学が解明した原子レベル以下の構造と特性の関係から格子を設計し、物質が本来有さない特性を付与できると期待される。本研究では電子分布と弾性率の関係を元に材料の密度分布の制御で弾性率を制御する。さらに、応力誘起相転移する格子に、バイメタル梁を組み込むことで熱誘起相転移を発現させ、形状記憶を発現させる4Dメタマテリアルを提案する。これは、特定元素でしか発現し得えない特性を他の元素で発現の可能とし、持続可能な社会の構築に資する新技術の学術的基盤の構築に挑戦する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、形状記憶セル格子多孔体の4Dプリントに挑戦すべく、原子構造を模倣したメタマテリアルを創成した。3Dプリンタ技術と材料科学の知見を融合させ、新規特性を持つ先進材料を開発した。具体的には、面心立方および体心立方格子構造の弾性異方性を評価した。さらには、応力誘起相転移する格子構造体にバイメタルを組み込むことで、熱誘起相転移と形状記憶特性を持つ4Dメタマテリアルを提案した。さらに、ダイヤモンド構造や単純立方構造の弾性異方性を再現し、バイメタル梁を組み込んだ格子の設計と評価に成功した。この研究は、4Dメタマテリアル設計の新しい基盤を確立し、持続可能な社会の発展に貢献することが期待される。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、原子構造を模倣したメタマテリアルの創成を通じて、材料の密度分布を制御し弾性特性を自在に調整する新しい手法を提案した。3Dプリンタ技術と物質科学の知見を融合し、形状記憶セル格子多孔体の4Dプリントに成功したことは、特定の元素組成に依存しない新たな材料特性の発現を可能とした。特に、応力誘起相転移と熱誘起相転移を組み合わせた4Dメタマテリアルの設計は、持続可能な社会の構築に向けた新技術の基盤の構築の一助となる。また本研究は、電子構造に基づくメタマテリアル設計というパラダイムシフトを生み出すことに挑戦し、先進的材料科学の発展に寄与する重要な成果を挙げた点で意義が極めて大きい。
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