カーボンナノチューブ複合材料の設計・合成・評価ループ構築と高機能化に関する研究

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21226004
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 橋田 俊之 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40180814)
• 研究分担者: 田路 和幸 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (10175474) ; 高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065) ; 大森 守 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 技術補佐員 (30005954) ; 山本 剛 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30436159) ; 胡 寧 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60250685) ; 小野 崇人 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90282095)
• 研究期間 (年度): 2009-05-11 – 2014-03-31
• キーワード: 機械材料・材料力学 / カーボンナノチューブ / 複合材料 / 焼結 / 機械・電気的特性 / 強度・靭性 / トライボ特性 / 電波吸収特性

研究概要

平成２５年度においては，多層カーボンナノチューブ(MWCNT)/アルミナ複合材料の設計・合成・評価法を開発することを目的として以下の課題に関する検討を行った．
研究（１）複合体作製法に関する検討：加圧法と無加圧焼結法を２つの基本的合成ルートとし，MWCNT/アルミナ複合材料の作製について，合成パラメータの強度・靭性特性に及ぼす影響に関する系統的検討を完成させることにより，最適の作製方法と条件を決定した．また，組織観察や破面解析を組み合わせることにより，作製条件と複合材料の組織との関係を明らかにした．
研究（２）ナノスケール領域の特性評価に関する検討： 世界で初めて，CNT/セラミックス複合材料の界面特性を評価することに成功した．イオンビームによる加工法を用い，破面からの埋込み長さを制御することによりCNTの引抜き試験を可能にした傾斜型埋込み長さ制御界面特性評価法を提案し，これをMWCNT/アルミナ複合材料へ適用している．
研究（３）き裂架橋効果の向上に関する検討：マトリックスき裂に対するMWCNTのき裂架橋効果を向上させる上で，MWCNTのアニーリング処理が有効であることを破壊靭性評価により示すとともに，研究（２）で開発した傾斜型埋込み長さ制御界面特性評価法を適用することにより，破壊靭性の向上は界面すべり抵抗の低減によるMWCNTの架橋エネルギーの増大によるものであることを明らかにした．
研究（４）試作したMWCNT/アルミナ複合材料の特性評価と性能向上：合成パラメータを最適化することによりMWCNTの高充填配合においても機械的特性を維持しうる方法を見出すとともに，トライボロジー特性向上に関する重点的検討を行い，摩擦・摩耗特性を向上させるための合成条件ならびに微細組織条件を明らかにした．

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Structure-property relationships in thermally-annealed multi-walled carbon nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: G. Yamamoto, K. Shirasu, Y. Nozaka, Y. Sato, T. Takagi, T. Hashida
  • 雑誌名: Carbon 巻: Vol.66 ページ: 219-226
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2013.08.061
  • 査読あり
• [雑誌論文] カーボンナノチューブ/アルミナ複合材料の破壊特性に及ぼすカーボンナノチューブのアニール処理の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白須圭一，山本剛，野坂陽，大森守，橋田俊之
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集（A編） 巻: 79 ページ: 706-768
  • 査読あり
• [雑誌論文] 常圧焼成法により作製したカーボンナノチューブ/アルミナ複合材料の機械的特性および微細組織評価に関する研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野坂陽，山本剛，白須圭一，大森守，高木敏行，橋田俊之
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集（A編） 巻: 79 ページ: 764-768
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Pressureless Sintering Method for Carbon Nanotube/Alumina Composites and Their Microstructure-Property Relationships (2013)
  • 著者名/発表者名: Go YAMAMOTO, Keiichi SHIRASU, Yo NOZAKA, Takahumi NAKAMURA, Toshiyuki HASHIDA
  • 雑誌名: Journal of Solid Mechanics and Materials Engineering 巻: 7 ページ: 394-402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of CNT-carbon composite microstructures using Si micromolding and pyrolysis, Microsystem Technologies (2013)
  • 著者名/発表者名: Liang He, Masaya Toda, Yusuke Kawai, Hidetoshi Miyashita, Mamoru Omori, Toshiyuki Hashida, Rudiger Berger, Takahito Ono
  • 雑誌名: Microsystem Technologies 巻: online ページ: online
  • DOI: 10.1007/s00542-013-1771-6
  • 査読あり
• [学会発表] ナノ領域特性評価に基づくカーボンナノチューブ/アルミナ複合材料の破壊機構解明に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野坂陽，王偉礼，白須圭一，山本剛，橋田俊之
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部 第49期総会・講演会
  • 発表場所: 仙台，日本
  • 年月日: 20140314-20140314
• [学会発表] Experimental Evaluation of Mechanical Properties of Multi-Walled Carbon Nanotube/Alumina Composites Using Nanoscale Tensile Testing Method and Comparison with Model Prediction (2013)
  • 著者名/発表者名: Yo Nozaka, Go Yamamoto, Keiichi Shirasu, Mamoru Omori and Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: The 14th Japan-Korea Students’ symposium on Solid Sate Ionics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20131108-20131109
• [学会発表] Significance of Nano-Scale Experimental Techniques for Development of Carbon Nanotube Reinforced Ceramics Matrix Composites (2013)
  • 著者名/発表者名: Go Yamamoto and Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: 8th International Symposium on Advanced Science and Technology in Experimental Mechanics
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20131103-20131106
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Pressureless Sintering Method for Carbon Nanotube/Alumina Composites and Evaluation of Their Microstructures and Mechanical Properties (2013)
  • 著者名/発表者名: Yo Nozaka, Weili Wang, Keiichi Shirasu, Go Yamamoto and Toshiyuki Hashida
  • 学会等名: International Symposium for the 70th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20130907-20130908
• [学会発表] ナノ直接引張試験法によるカーボンナノチューブ/アルミナ複合材料のナノ破壊特性評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野坂陽，山本剛，白須圭一，高木敏行，橋田俊之
  • 学会等名: 資源・素材学会東北支部平成25年度春季大会
  • 発表場所: 仙台，日本
  • 年月日: 20130608-20130608
• [図書] カーボンナノチュー ブ・グラフェン分散技術の工業化と機能展開 -溶液・ポリマー・金属・セラ ミックスへの分散- (第2章，第5節) (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本剛，白須圭一，野坂陽，Weili Wang，橋田俊之
  • 総ページ数: 60-67
  • 出版者: S&T出版株式会社
• [図書] 高分子における劣化・破壊現象の写 真・データ事例集～原因特定と対策のために～（第15章，第8節） (2014)
  • 著者名/発表者名: 山本剛，白須圭一，野坂陽，橋田俊之
  • 総ページ数: 510-515
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 【エレクトロニクス用途における】コンポ ジット材料の混練・コンパウンド技術と分散・界面制御（第10章，第3節） (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本剛，白須圭一，橋田俊之
  • 総ページ数: 658-663
  • 出版者: 技術情報協 会
• [備考] カーボンナノチューブ複合材料の設計・合成・評価ループ構築と高機能化
  • URL: http://www.rift.mech.tohoku.ac.jp/hashida-lab/cnt-kakenhi