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2021 年度 研究成果報告書

デジタル複合構造により巨大電気磁気効果を発するマルチフェロイック材料の設計と創製

研究課題

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研究課題/領域番号 17H03151
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 機械材料・材料力学
研究機関大阪工業大学

研究代表者

上辻 靖智  大阪工業大学, 工学部, 教授 (00340604)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2022-03-31
キーワード機械材料・材料力学 / 機能材料 / マルチスケール解析 / 電気磁気効果
研究成果の概要

次世代新規デバイス開発の核となるマルチフェロイック材料の電気磁気効果を飛躍的に向上することを目的とし,スケール連成に均質化理論,極値探索に最急降下法を採用した独自のマルチスケール最適設計法を構築し,数値解析主導の材料開発を実現した.代表的な強誘電体2種と強磁性体2種を採用し,電気磁気効果が最大となる最適化デジタル構造を探索した結果,4通りすべての材料組合せに対して,従来の均一配向積層構造を超える新しいデジタル構造を発見した.デジタル構造の創製に対して,圧粉・焼結法,スパッタ法と比較し,熱溶解積層方式の3Dプリンティングの有効性を確認したほか,最適化方法および構造体について特許出願した.

自由記述の分野

機械材料・材料力学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究において,材料と結晶方位の不均質構造を積極的に活用し,巨大な電気磁気効果の発現に成功したことは世界初の成果である.特に,マルチフィジックス・マルチスケール最適設計法を独自に開発し,経験的知見に頼らない数値解析主導での材料開発,すなわちデジタル複合構造の有効性を明らかにしたことは画期的である.発見したデジタル複合構造においてせん断変形を伴う効率的なひずみ伝達によって巨大な電気磁気効果が生まれるメカニズムを解明しており,学術的意義は高い.さらに,3Dプリンティングへの展開も含め,デジタルものづくりの技術革新の一例として社会的意義も有する.

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公開日: 2023-01-30  

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