グラフェン表面への意図的ナノ炭化物の析出とCNT/マトリックス界面の荷重伝達制御

• 研究課題/領域番号: 23656445
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 材料加工・処理
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川崎 亮 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50177664)
• 研究期間 (年度): 2011 – 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: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2011年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 粉末冶金 / カーボンナノチューブ / CuCr合金粉末 / 酸処理 / クロム炭化物 / 界面制御 / 荷重伝達 / 引張り強度 / Cr添加Cu / 表面欠陥 / 界面観察

研究概要

CNTの表面に積極的に欠陥を導入することにより、CNTの分散性を改善し、緻密でかつ、密着したCNT/マトリックス界面を形成すると同時に、炭化物の形成元素を含有した合金粉末をマトリックスに用い、CNT側面の局所的なナノ形状欠陥に炭化物を析出させることを試みた。その結果、カーボンナノチューブ(CNT)の表面処理により、グラフェン表面にある程度制御されたナノサイズの表面欠陥を導入することが可能となり、そこへ意図的にCr炭化物を局所的に析出させることに成功した。Cr炭化物は、CNTの欠陥部に形成されていることがTEMにより、観察された。電了線解析から形成された炭化物はC7C3結晶は(100)面がCNT表面に接しており、エピタキシャル的に成長している。CNTの径方向に成長し、かつ、CNT表面に沿って成長していることが分かった。CuCr/CNT複合材料ではCuよりも引張り強さが増加しており、Cr炭化物の形成により、CNTとCrマトリックス界面の荷重伝達効率が改善されたためと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Epitaxial growth of chromium carbide nanostructures on multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs)in MWCNT-copper composites (2013)
  • 著者名/発表者名: Cho,S.,Kikuchi,K.,Miyazaki,T.,Kawasaki,A.,Arami,Y.,Silvain,J.F
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 61(2) ページ: 708-716
  • URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.actamat.2012.10.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effective load transfer by a chromium carbide nanostructure in a multi-walled carbon nanotube/copper matrix composite (2012)
  • 著者名/発表者名: Seungchan Cho
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 23 号: 31 ページ: 315705-315705
  • DOI: 10.1088/0957-4484/23/31/315705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual-nanoparticulate-reinforced aluminum matrix composite materials (2012)
  • 著者名/発表者名: Hansang Kwon
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 23 号: 22 ページ: 225704-225704
  • DOI: 10.1088/0957-4484/23/22/225704
  • 査読あり
• [学会発表] 混酸処理したMWCNTの形態観察およびラマン分光分析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小島知也,川崎亮
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会秋季大会
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス
  • 年月日: 2012-11-22
• [学会発表] MWCNT‐Al複合材料におけるMWCNT/Al界面の炭化物形成および形態 (2012)
  • 著者名/発表者名: 方素羅,佐々木駿,川崎亮
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会春季大会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 2012-05-22
• [学会発表] ナノ粒子被覆カーボンナノチューブの放電プラズマ焼結による高分散銀/カーボンナノチューブ複合材料の作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菊池圭子,小森健祐,〓承賛,川崎亮
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会春季大会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 2012-05-22
• [学会発表] ナノ粒子被覆カーボンナノチューブの放電プラズマ焼結による高分散銀/カーボンナノチューブ複合材料の作製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 菊池 圭子
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会春季大会(第105回）
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
• [学会発表] MWCNT‐Al複合材料におけるMWCNT/Al界面の炭化物形成および形態 (2012)
  • 著者名/発表者名: 方 素羅
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会春季大会(第105回）
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
• [学会発表] 金属ガラス固化成形時の液相成分が再配列に及ぼす影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐野 謙太
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会春季大会(第105回）
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
• [学会発表] 混酸処理したMWCNTの形態観察およびラマン分光分析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小島 知也
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会秋季大会(第108回）
  • 発表場所: 立命館大学 びわこ・くさつキャンパス エポック立命21
• [学会発表] CNT Reinforced Aluminum Matrix Composite by hybrid PM Process (2011)
  • 著者名/発表者名: Akira kawasaki
  • 学会等名: APMA2011
  • 発表場所: 韓国・済州
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] CNT Reinforced Aluminum Matrix Composite by hybrid PM Process (2011)
  • 著者名/発表者名: Akira kawasaki
  • 学会等名: APMA2011(招待講演)
  • 発表場所: 韓国・済州