マルチスケール解析に基づくナノコンポジットの機械・電気特性の高精度評価

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22360044
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 胡 寧 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60250685)
• 研究分担者: 福永 久雄 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50134664) ; 渡辺 知規 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50323431) ; 岡部 朋永 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50344164)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: ナノコンポジット / マルチスケール解析 / 機械・電気特性 / 古典分子動力学 / 界面特性 / カーボンナノチューブ / ポリマー / 第一原理分子動力学

研究概要

（１）マイクロメカニクスに基づくCNT引き抜けモデルの構築については前年度で得られた原子レベルでのCNT単体およびCNTとマトリックスとの界面機械特性を用いて，一つマイクロメカニクスに基づくCNTの引き抜けモデルを構築した．当該モデルは，van der Waals力による非常特殊な効果を考慮し，CNT直径のみで引き抜き力を計算するモデルである．
（２）有限要素法に基づくナノコンポジット単位セルの連続力学モデルの構築については上記のCNT単体のヤング率・強度特性，およびCNTとマトリックスとの界面機械特性を反映する引き抜けモデルを用いて，有限要素法により，母材とそのなかに埋込んだCNTを模擬するナノコンポジット単位セルを構築した．提案しできた単位セルの数値解析により，ナノコンポジットのヤング率・強度などの機械特性を評価し，既存の実験データによりその有効性を検証した．
（３）３次元電気回路網モデルの拡張については前年度で得られたCNTにおける圧電抵抗特性を開発済みの3次元電気回路網モデルに入れ，上記の（２）における連続体力学モデルとの組み合わせにより，ナノコンポジットにおける巨視的な圧電抵抗特性を評価するマルチスケールモデルを構築した．さらに，当該モデルを用いて，CNTによるナノコンポジットの圧電抵抗特性を評価し，また様々な因子が圧電抵抗特性に及ぼす影響を調べた．
（４）ナノコンポジットの機械特性の評価・理論モデルについては（１）と（２）に基づくナノコンポジットの巨視的なヤング率と強度を評価する理論モデルを提案した．
（５）ナノコンポジットの電気特性の評価・理論モデルについては（３）に基づくナノコンポジットの電気伝導および圧電抵抗特性を評価する理論モデルを提案した．

現在までの達成度 (区分)

理由

24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

24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] Ultrasensitive strain sensors made from metal-coated carbon nanofiller/epoxy composites (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Hu, T. Itoi, T. Akagi, T. Kojima, J. Xue, C. Yan, S. Atobe, H. Fukunaga, W. Yuan, H. Ning, Surina, Y. Liu and Alamusi
  • 雑誌名: Carbon 巻: 51 ページ: 202-212
• [雑誌論文] Molecular dynamics investigation on edge stress and shape transition in graphene nanoribbons (2013)
  • 著者名/発表者名: M.C. Wang, C. Yan, L. Ma, N. Hu
  • 雑誌名: Computational Materials Science 巻: 68 ページ: 138-141
  • DOI: doi.org/10.1016/j.commatsci.2012.09.035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance characterization of VGCF/epoxy nanocomposite sensors under multiple load cycles and in static structural health monitoring (2013)
  • 著者名/発表者名: B. Hu, N. Hu, W. Yuan, C.Yan, Y. Cai, M. Furukawa, M. Matsushita
  • 雑誌名: SMART MATERIALS AND STRUCTURES 巻: 22 ページ: 045008
  • DOI: doi:10.1088/0964-1726/20/7/075010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reinforcement effects of MWCNT and VGCF in bulk composites and interlayer of CFRP laminates (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Hu, Y. Li, T. Nakamura, T. Katsumata and T.Koshikawa and M. Arai.
  • 雑誌名: Composites Part-B 巻: 43 ページ: 3-9
• [雑誌論文] Effect of defects on fracture strength of graphene sheets (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Wang, C. Yan, L. Ma, N. Hu and M. Chen
  • 雑誌名: Computational Materials Science 巻: 54 ページ: 236-239
• [雑誌論文] Prediction of thermal expansion properties of carbon nanotubes using molecular dynamics simulations (2012)
  • 著者名/発表者名: Alamusi, N. Hu, B. Jia, M. Arai, C. Yan, J. Li, Y. Liu, S. Atobe and H. Fukunaga
  • 雑誌名: Computational Materials Science 巻: 54 ページ: 249-254
• [雑誌論文] Mixed modes interlaminar fracture toughness of CFRP laminates toughened with CNF interlayer (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Arai, T. Sasaki, S. Hirota, H. Ito, N. Hu and M. Quaresimin
  • 雑誌名: Acta Mechanica Solida Sinica 巻: 25 ページ: 321-330
• [雑誌論文] Prediction of Pull-out Force of Multi-walled Carbon Nanotube (MWCNT) in Sword-in-sheath Ｍｏｄｅ (2012)
  • 著者名/発表者名: G. Yamamoto, S. Liu, N. Hu, T. Hashida, Y. Liu, C. Yan, Y. Li, H. Cui
  • 雑誌名: Computational Materials Scienc 巻: 60 ページ: 7-12
  • DOI: doi.org/10.1016/j.commatsci.2012.03.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sandwiched carbon nanotube film as strain sensor (2012)
  • 著者名/発表者名: M.K. Njuguna, C. Yan, N. Hu, J.M. Bell, P.K.D.V. Yarlagadda
  • 雑誌名: Composites Part-B 巻: 43 ページ: 2711-2717
  • DOI: doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.04.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of damage size in metallic plates using Lamb wave (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Hu, Y. Cai, G. Zhu, C. Tsuji, Y.Liu, Alamusi, Y. Cao
  • 雑誌名: Structural Health Monitoring: An International Journal 巻: 11 ページ: 125-137
  • DOI: DOI: 10.1177/1475921711414230
  • 査読あり
• [雑誌論文] Locating delamination in composite laminated beams using the A0 Lamb mode (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Hu, J. Li, Y. Cai, C. Yan, Y. Zhang, J. Qiu, K. Sakai, Y. Liu, X. Peng, B. Yan
  • 雑誌名: MECHANICS OF ADVANCED MATERIALS AND STRUCTURES 巻: 19 ページ: 431-440
  • DOI: doi: 10.3970/cmc.2011.026.037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-scale Numerical Simulations on Piezoresistivity of CNT/Polymer Nanocomposites (2012)
  • 著者名/発表者名: B. Hu, N. Hu, Y. Li, K. Akagi, W.Yuan, T. Watanabe, Y. Cai
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 7 ページ: 402
  • DOI: doi:10.1186/1556-276X-7-402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental Study on Mechanical Properties of Epoxy/MWCNT Nanocomposites -- Effects of Acid Treatment, Pressured Curing, and Liquid Rubber (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Li, N. Hu, T. Kojima, T. Itoi, T.Watanabe, T. Nakamura, N. Takizawa, T. Inoue, H. Cui, S. Atobe, H. Fukunaga
  • 雑誌名: ournal of Nanotechnology in Engineering and MedicineASME J 巻: 3 ページ: 011004-(1-8)
  • DOI: doi:10.1115/1.4007018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Piezoelectric Property of Reduced Graphene Oxide (rGO)/Poly (vinylidene- fluoride) Nanocomposites (2012)
  • 著者名/発表者名: Alamusi, J. Xue, L. Wu, N. Hu, J. Qiu, C. Chang, S. Atobe, H. Fukunaga, T. Watanabe, Y. Liu, H. Ning, J.Li, Y. Li, Y. Zhao
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 4 ページ: 7250-7255
  • DOI: DOI: 10.1039/c2nr32185h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis for shakedown of functionally graded plate with piecewise-exponential distribution of material properties (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Zheng, X. Peng, N. Hu
  • 雑誌名: CMES: Computer Modeling in Engineering & Sciences 巻: 86 ページ: 503-531
  • DOI: doi:10.3970/cmes.2012.086.505
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical analysis of correlation between fibre orientation and eddy current testing signals of carbon-fibre reinforced polymer composites (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Cheng, J. Qiu, T. Takagi, T. Uchimoto, N. Hu
  • 雑誌名: International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics 巻: 39 ページ: 251-259
  • DOI: doi:10.3233/JAE-2012-1468
  • 査読あり
• [雑誌論文] A three-dimensional model of shape memory alloys under coupled transformation and plastic deformation (2012)
  • 著者名/発表者名: B. Chen, X. Peng, X. Chen, J. Wang, H. Wang, N. Hu
  • 雑誌名: Computers Materials & Continua 巻: 30 ページ: 145-176
  • DOI: doi:10.3233/JAE-2012-1468
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical and experimental investigation to reduction of sedimentation of particles in MRFs with permanent magnets (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Xiong, X. Peng, C. Zhao, J. Huang, N. Hu
  • 雑誌名: Computers Materials & Continua 巻: 31 ページ: 65-85
  • DOI: doi/10.3970/cmc.2012.031.065
  • 査読あり
• [雑誌論文] An enhanced dipole model based micro-macro description for constitutive behavior of MRFs (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Zhao, X. Peng, J. Huang, N. Hu
  • 雑誌名: Computers Materials & Continua 巻: 30 ページ: 219-236
  • DOI: doi/10.3970/cmc.2012.030.219
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-scale numerical simulation of thermal expansion properties of CNT-reinforced nanocomposites (2012)
  • 著者名/発表者名: Alamusi, N. Hu, J. Qiu, Y. Li, C. Chang, S. Atobe, H. Fukunaga, Y. Liu,H. Ning, L. Wu, J. Li, W. Yuan, T.Watanabe, C. Yan, Y. Zhang
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 8 ページ: 15
  • DOI: doi:10.1186/1556-276X-8-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] 実験的変換行列を用いた平板の実時間衝撃荷重同定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 跡部哲士，胡 寧，福永久雄
  • 雑誌名: 日本航空宇宙学会誌 巻: 60 ページ: 48-55
  • 査読あり
• [雑誌論文] 最適化法を応用した超音波探傷の高効率化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡辺知規, 庄司直幸, 胡 寧
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(Ｃ編) 巻: 78 ページ: 1887-1897
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超音波伝播の可視化技術を用いた新たな簡易信号処理による損傷領域評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 服部 智行，渡辺 知規，胡 寧，劉 ヨウロ
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(A編) 巻: 78 ページ: 1506-1517
  • 査読あり
• [雑誌論文] グラフェンナノコンポジットの機械特性に関する最新動向―数値解析および理論モデリング（解説） (2012)
  • 著者名/発表者名: 胡 寧，渡辺 知規
  • 雑誌名: 日本複合材料学会誌 巻: 38 ページ: 178-182
  • 査読あり
• [雑誌論文] 日本機械学会2011年度年鑑:材料力学5.5節「材料力学部門における実験研究の最新動向“ナノ材料”」（解説） (2012)
  • 著者名/発表者名: 胡 寧
  • 雑誌名: 日本機械学会誌 巻: 115 ページ: 17-18
  • 査読あり
• [学会発表] FMLにおける異種材料界面の層間機械特性の向上 (2013)
  • 著者名/発表者名: 井上創， 滝澤直弥，我妻武，胡寧，福永久雄， 跡部哲士
  • 学会等名: 第4回日本複合材料合同会議
  • 発表場所: 日本（東京）
  • 年月日: 20130307-20130307
• [学会発表] FMLにおけるFRP/Alの層間破壊靭性に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 滝澤 直弥,井上 創, 胡 寧,福永 久雄, 跡部 哲士
  • 学会等名: 日本機械学会関東支部山梨講演会
  • 発表場所: 日本（甲府市）
  • 年月日: 20121027-20121027
• [学会発表] ラム波による損傷画像の構築技術に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 本間 敦史，胡 寧，福永 久雄，跡部 哲士
  • 学会等名: 日本機械学会関東支部山梨講演会
  • 発表場所: 日本（甲府市）
  • 年月日: 20121027-20121027
• [学会発表] PVDF/MWNTナノコンポジットによる圧電型ひずみセンサの創製と性能評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田辺 佳祐，胡 寧，福永 久雄，跡部 哲士，前場 豊
  • 学会等名: 日本機械学会関東支部山梨講演会
  • 発表場所: 日本（甲府市）
  • 年月日: 20121027-20121027
• [学会発表] CFRP積層板の損傷画像化における新たな損傷解析方法の提案 (2012)
  • 著者名/発表者名: 庄司直幸，渡辺知規，郷田理羽，胡 寧，福永久雄，跡部哲士
  • 学会等名: 第37回複合材料シンポジウム
  • 発表場所: 日本（名古屋）
  • 年月日: 20121018-20121019
• [学会発表] ラム波によるはく離損傷の構築技術に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 本間敦史，胡 寧，福永久雄，跡部哲士
  • 学会等名: 第37回複合材料シンポジウム
  • 発表場所: 日本（名古屋）
  • 年月日: 20121018-20121019
• [学会発表] PVDF/CNFナノコンポジットによる圧電型ひずみセンサの創製と性能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田辺佳祐，胡 寧，福永久雄，跡部哲士，前場豊
  • 学会等名: 第37回複合材料シンポジウム
  • 発表場所: 日本（名古屋）
  • 年月日: 20121018-20121019
• [学会発表] CNF/PVDFナノコンポジットの発電性能に関する研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 外間一竹，胡 寧，福永久雄，跡部哲士，前場豊
  • 学会等名: 37回複合材料シンポジウム
  • 発表場所: 日本（名古屋）
  • 年月日: 20121018-20121019
• [学会発表] FMLにおける異種材料界面の層間機械特性の向上 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上 創，滝沢直弥，胡 寧，福永久雄，跡部哲士
  • 学会等名: 第37回複合材料シンポジウム
  • 発表場所: 日本（名古屋）
  • 年月日: 20121018-20121019
• [学会発表] Laminated sheet organic field-effect transistors fabricated by thermal press methods (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sakai, A. Inoue, T. Okamoto, Y.Yamazaki, H. Yamauchi, S. Kuniyoshi, M. Nakamura, K. Kudo, T. Watanabe, S. Unno, N. Hu
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2012)
  • 発表場所: 日本（京都）
  • 年月日: 20120925-20120927
• [学会発表] 有限要素法によるフレキシブルシートデバイスの曲げ耐性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 酒井正俊，渡辺知規，海野周太，井上敦夫，岡本樹宜，山崎陽太，工藤一浩，胡 寧
  • 学会等名: 2012年秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 日本（松山市）
  • 年月日: 20120911-20120914
• [学会発表] Numerical simulations on piezoresistivity of nanofiller and polymer based nanocomposites (2012)
  • 著者名/発表者名: B. Hu, N. Hu, J. Li, Alamusi, Y. Liu, H. Ning, L. Wu
  • 学会等名: ECCOMAS 2012, 6th European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 20120910-20120914
• [学会発表] ナノコンポジットによる圧電型ひずみセサの創製と性能評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田辺 佳祐 ，胡 寧
  • 学会等名: 日本機械学会2012年度年次大会
  • 発表場所: 日本（金沢）
  • 年月日: 20120909-20120912
• [学会発表] Evaluation of Thermal Expansion Properties of CNT/Polymer Nanocomposite (2012)
  • 著者名/発表者名: Alamusi, N. Hu, J. Qiu
  • 学会等名: The 10th China-Japan Joint Symposium on Composite Materials（招待講演）
  • 発表場所: Chengdu, China
  • 年月日: 20120908-20120912
  • 招待講演
• [図書] “Composite Materials and Their Properties”, Chapter 9－Molecular Simulations on Interfacial Properties of Carbon Nanotube based Composites (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Li, S. Liu, N. Hu, W. Yuan, B. Gu
  • 総ページ数: 22
  • 出版者: InTech-Open Access Publisher
• [図書] “Composite Materials and Their Properties” (2012)
  • 著者名/発表者名: 編集長, N. Hu
  • 総ページ数: 502
  • 出版者: InTech-Open Access Publisher
• [図書] “Composites and Their Applications”, Chapter 5－Locating delamination in composite laminated beams using the zero-order mode of Lamb waves (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Li, Y. Liu, N. Hu
  • 総ページ数: 20
  • 出版者: InTech-Open Access Publisher
• [図書] “Composites and Their Applications” (2012)
  • 著者名/発表者名: 編集長, N. Hu
  • 総ページ数: 424
  • 出版者: InTech-Open Access Publisher
• [備考] 胡 研究室（ホームページ）
  • URL: http://www.em.eng.chiba-u.jp/~lab2/hu/index.html
• [産業財産権] グラフェンを用いたGraphene/PVDFコンポジット圧電／発電フィルムの作製 (2012)
  • 発明者名: 胡 寧, 阿拉木斯,呉良科,外間一竹,田辺圭祐
  • 権利者名: 胡 寧, 阿拉木斯,呉良科,外間一竹,田辺圭祐
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2012-200198号
  • 出願年月日: 2012-09-12