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2020 年度 実績報告書

真なる人間支援を目指すポリマー糸/カーボンナノチューブ複合繊維軽量人工筋肉の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K21946
研究機関岡山大学

研究代表者

林 靖彦  岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50314084)

研究分担者 松本 英俊  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (40345393)
西川 亘  岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (80243492)
研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
キーワード人工筋肉 / カーボンナノチューブ紡績糸 / ポリマー糸 / エントロピー弾性
研究実績の概要

乾式で作製するカーボンナノチューブ(CNT)紡績糸と細いポリマー糸からなるCNT紡績糸/ポリマー糸複合コイル構造を作製し,CNT紡績糸に電流を印加し発生するジュール熱を外部熱刺激源とする,金属フリー軽量人工筋肉の実現に向けて,以下の研究を実施した.
【研究1:大変位・高出力を実現する低電流駆動結晶性ポリマー材料・糸の開発】昨年度作製した,ガラス転移温度を低く抑えつつ,少ない熱量で非晶質部の延伸方向へ短時間に高配向させたポリマー糸のX線散乱法による,配向性評価を実施した.そして,配向性とCNT紡績糸/ポリマー糸コイル構造人工筋肉の変位と出力の関係を明らかにした.ポリマー糸の分子配向は,特に延伸方向の変位に大きく影響することが分かった.
【研究2:ポリマー糸/CNT紡績糸コイル構造人工筋肉の開発】低消費電力で大変位・高出力を実現するため,熱の散逸を防ぐCNT紡績糸/ポリマー糸複合コイル構造の概念を確立した.ここでは,熱源であるCNT紡績を複合コイル構造内部に閉じ込め,ジュール熱を効率的にポリマー糸に伝熱する最適なコイル構造を,シミュレーションも併用することで実現した.
【研究3:熱源一体ポリマー糸/CNT膜コイル構造人工筋肉の開発】研究2では,熱源であるCNT紡績糸と筋肉部分のポリマー糸を複合化させた人工筋肉の開発であった.ここでは,ポリマー糸/CNT膜(CNT分散液を用いる)/絶縁層からなる3層コアシース構造糸をコイル状にする,熱源一体人工筋肉を簡便に低コストで実現する究極的な構造を提案した.この構造は溶液プロセスで作製し,3層コアシース構造糸を実現するため,シリンジノズルを独自に開発した.この構造で,電流を印加することでジュール熱が発生することを確認した.しかし,大きな変位を観測することができていないため,引き続き最適な構造を実現するプロセスの開発が必要である.

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 学会発表 (1件)

  • [国際共同研究] University of Surrey(英国)

    • 国名
      英国
    • 外国機関名
      University of Surrey
  • [学会発表] 高配向化プロセスの導入によるCNT紡績糸の物性向上2020

    • 著者名/発表者名
      森光生,井上寛隆,中川智広,那須郷平,前谷光顕,林靖彦,山下善文,鈴木弘朗,西川亘
    • 学会等名
      2020年度 応用物理・物理系学会 中国四国支部合同学術講演会

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公開日: 2022-12-28  

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