CNTの力学・電気・熱的特性制御のためのナノ構造制御ガイドラインの構築

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K20904
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 機械材料・材料力学; ナノ材料工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 白須 圭一 東北大学, 工学研究科, 助教 (20757679)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: カーボンナノチューブ / 合成 / 熱処理 / 力学特性 / 線膨張係数 / 構造制御

研究成果の概要

カーボンナノチューブ(CNT)の公称強度を表現する理論モデルを構築し，公称強度は実強度およびCNTの全断面積に占める荷重を担持する断面積の比(破断面積率)の積で表すことができることを示した．当該モデルを用いて公称強度，実強度および破断面積率からなる3次元ダイアグラムを作成することで，CNTの公称強度向上のための構造制御ガイドラインの構築が達成された．また，CNT軸方向の線膨張係数とCNT径および結晶性との関係を系統的に評価し，直径が大きい(層数が多い)CNTおよび結晶性の高いCNTが大きな負の線膨張係数を有する傾向があることがわかった．

自由記述の分野

材料強度学，複合材料

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は，CNTの構造と強度特性および線膨張係数との関係性を明らかにし，今後のCNT構造設計(合成条件や後処理条件)指針を提示できた点に大きな学術的意義がある．配向MWCNTシート・紡績糸ならびにそれを用いた複合材料は，材料・デバイスの軽量化や省エネルギー化によるCO2削減の有力な手段となる先端材料である．その構成要素であるCNT単体の構造と特性との関係性を明らかにできたことで，既存材料である炭素繊維やCFRPを超える軽量かつ高強度なCNT繊維の実現可能性が高まることが期待される．