| 研究課題/領域番号 |
21360047
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
浅沼 博 千葉大学, 大学院・工学研究科, 教授 (40167888)
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| 研究分担者 |
岸本 哲 独立行政法人 物質・材料研究機構, コーティング・複合材料センター, 主席研究員 (10354169)
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| キーワード | 機械材料・材料力学 / 構造・機能材料 / 複合材料・物性 / 先端機能デバイス / 知的材料・構造システム / センサ / アクチュエータ / 圧電セラミックス |
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| 研究概要 |
独創的「界面層形成・接合法」により創製に成功し機械的性質にも優れる金属コアチタン酸ジルコン酸鉛圧電ファイバ/アルミニウム複合材料(Piezo-Alと略称)をベースにした画期的圧電センサ・アクチュエータデバイス・システムの構築を目指し、その達成のための要素となる以下の研究成果を得た。
1)圧電ファイバに作用している圧縮残留応力を定量化し、またそれにより飛躍的に向上したデバイスの変形限界と、それにほぼ比例的して増加した出力電圧の向上とを、新たな測定手法の開発により定量化した。その結果、Piezo-Alは金属(白金)コアの付与により強化された本圧電ファイバ単体の破断ひずみを大きく超えるひずみ領域でも機能することが明らかとなった。
2)超高感度動的ひずみセンサとしての応用を目的としたひずみゲージ大の小型デバイスの試作に成功し、作製条件の最適化を検討した。また、それを高効率に作製するための低コスト小型ホットプレス装置(スマートナノプレス)を試作した。
3)圧電ファイバを複数本埋め込むことにより、分布型センシングシステム実現のための要素的デバイスの創製に成功した。それにより、衝撃位置と圧電ファイバの埋込位置が近いほど出力が大きくなる傾向にあることがわかり、衝撃位置を同定可能なセンサシステム構築の可能性が示唆された。
4)損傷検知システムの構築など本デバイスのさらなる応用のため、送受信機能、エネルギーハーベスト機能等についてもデータ収集を行い、可能性を示唆できた。
5)現状では高価な金属コア圧電ファイバに対し約1/10と安価なコストで入手可能な中空圧電ファイバを出登材料とし、アルミニウムへの複合化と同時に合金コアを形成できる画期的方法によりほぼ同等性能かつ低コストのデバイス創製に成功し、またその独創的創製プロセスの解明を行った。
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