格子欠陥の階層性に着目した低次元ナノ炭素材料の微分幾何学と力学機能の融合設計論

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K04174
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分18010:材料力学および機械材料関連
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: LEI XIAOWEN 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (50726148)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 格子欠陥 / 階層性 / 微分幾何学 / 力学機能

研究成果の概要

格子欠陥の配置や構造によって、炭素原子間の距離やエネルギー状態が変化し、低次元炭素材料の物性が変わることを機能として利用できる。理想的な炭素材料の格子構造は六員環で構成され、格子欠陥ではこれが五員環や七員環の組み合わせで表現され、格子欠陥の階層性がある。本研究では、格子欠陥を有する低次元ナノ炭素材料の力学機能曲面設計論の確立とその階層性の解明により、数学との双対性に基礎を置く格子の曲率を基本とした変形力学理論の構築を目的とした。さらに、低次元ナノ炭素材料の材料特性を改良する新な形状付与技術を明らかにした。

自由記述の分野

材料力学

研究成果の学術的意義や社会的意義

格子理論の数理モデルを用いて、ナノ積層構造を有するグラファイトに曲面設計論に応用できる。さらに、層内の格子欠陥だけではなくて、層間欠陥を含めた積層構造体のリップロケーションやキンク変形を評価する。構築した数理モデルは、ミクロのグラファイトにとどまらず、積層セラミックス、炭素繊維強化プラスチック、層状合金、地層などマクロの積層構造体に研究対象を拡張することで、マルチスケールの積層構造体に普遍的な強化原理・格子制御原理の構築につながると予測され、数学と力学により材料工学で材料強化に貢献すると確認している。