| 研究課題/領域番号 |
24360041
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
進藤 裕英 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90111252)
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| 研究分担者 |
成田 史生 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10312604)
竹田 智 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70451531)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 圧電メゾ力学 / 数値シミュレーション / 材料試験 / 圧電材料・薄膜システム / 電場・力学場相互干渉 / スマートデバイス / マイクロ・ナノシステム / 環境発電 |
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| 研究概要 |
本研究は，次世代環境配慮型スマートデバイスのメゾ力学設計指針・開発思想を提供することを目的に，圧電材料・薄膜システムの検知・応答機能及び破壊・疲労挙動をマルチフィジックス数値シミュレーション（電場・力学場相互干渉，マイクロ・ナノ構造，化学組成・添加元素，焼成・蒸着の時間・温度等を考慮）・実験両面から解明するものである．得られた成果を要約すると以下の通りである．
1.(a) 片側縁き裂を有する圧電セラミックスを取り上げ，直流電場下における三点曲げ繰返し疲労試験及び有限要素解析を行い，破断繰返し数（疲労寿命）およびエネルギー解放率に及ぼす電場・分極回転の影響を解明・考察した．また，圧電セラミックスの繰返し疲労挙動に及ぼす交流電場・分域壁移動の影響についても同様に解明・考察した．
(b) 電場下におけるき裂を有する圧電セラミックスの極低温三点曲げ破壊試験および有限要素解析を行い，破壊荷重およびエネルギー解放率の電場・温度依存性を解明・考察した．
2.S字型圧電バイモルフハーベスタの振動試験および有限要素解析を行い，動的曲げ・ねじりによる出力電圧・電力および応力のうねり比・先端質量・負荷抵抗依存性を解明・考察した．また，繰返し集中荷重を受けるS字型圧電バイモルフハーベスタの電気力学応答に関する試験・有限要素解析を行い, 出力電圧・電力を解明・考察中である．
3.圧電層とカーボンナノチューブ（CNT）分散ポリカーボネート層からなる圧電/CNT分散ポリカーボネート積層材料を取り上げ，集中荷重による両端単純支持三点曲げ試験を行い，たわみおよび出力電圧・電力のCNT体積含有率依存性を解明・考察した．
4.チタン酸バリウム系多結晶セラミックスの電気力学応答に関するフェーズフィールド解析プログラムを開発・応用し，分極状態や圧電・誘電特性に及ぼす粒径・酸素欠陥の影響について検討中である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
圧電材料・薄膜システムのメゾ強度・機能評価法を開発し，破壊・疲労挙動に及ぼす電場の影響解明に成功している．また，圧電ハーベスタの検知・応答機能評価に成功し，環境発電特性に関する基礎データを取得している．
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| 今後の研究の推進方策 |
圧電材料・薄膜システムの最適な材料・構造を見出し，高効率・省電力・小型軽量化を図る．また，非鉛系圧電材料・薄膜システムの強度・機能評価を行い，次世代環境配慮型スマートデバイスのメゾ力学設計指針・開発思想提供を目指す．
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