| 研究課題/領域番号 |
24360043
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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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 |
1)IFIB法によるPiezo-Al(圧電ファイバ/アルミニウム複合材料)の創製プロセスの解明
申請者が考案した界面層・形成接合(IFIB)法の詳細解明の一環として、圧電ファイバに負荷される圧縮熱残留応力を評価した。軸方向の応力は、それの代りにFBG(Fiber Bragg Grating)センサを埋め込むことにより評価し、径方向の応力は電子線モアレ法により評価した。その結果、径方向、軸方向とも、1GPaを越える高い圧縮応力が負荷されていることが明らかになり、また、それらはほぼ同等であることから、繊維は静水圧的な応力状態にあることがわかった。
2)中空ファイバ利用による低コスト創製プロセスの確立とその解明
中空圧電ファイバの中空部に充填されたAl-Cu合金の銅濃度を評価することにより、その充填が昇温時に共晶温度直上に達した時と温度保持中の2段階に分かれて起こることを明らかにした。
3)量産・低コスト化のための小型ホットプレス装置開発と大気中創製・量産の可能性検討
小型ホットプレス装置による大気中での圧電デバイス創製に向けて、先ずは光ファイバを用いてモデル実験を行い、その結果、光ファイバに機械的・化学的損傷を与えることなくそれをアルミニウム中に複合化可能な条件を見出した。さらに、従来型ホットプレス装置で作製した試料と接合強さを比較し、同等レベルの接合強さ(約50MPa)が得られることを明らかにした。
4)エネルギーハーベスト、ワイヤレス化と小型動ひずみワイヤレスセンサの開発
弘前大学との共同研究によりワイヤレスタイヤセンサの開発を行った。これは、本圧電デバイスの出力電圧の異方性を利用し、タイヤの状態を監視するセンサである。現段階では、本圧電デバイスのみによる電力供給では不十分であるため、弘前大学で開発した磁歪素子により電力供給を行った。また、エネルギーハーベスト研究の一環として、防波構造物中への本圧電デバイスの適用を提案し、実験用の造波水槽を設置した。
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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
中空圧電ファイバを用いたデバイスの評価は遅れぎみであるが、全体的には順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
本材料の実用化に向け、大気中で作製した材料の圧電特性を評価し、また、振動発電ワイヤレスタイヤセンサおよび粘度センサのモジュール設計、製作を行い、実験室レベルのタイヤ回転実験等を進める。さらに水理実験による防波構造物のモニタリングや波からのエネルギーハーベストを可能とするため、繊維の高体積化を検討する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
防波構造物の水理実験に関する周辺機器(波圧計、波高計、流速計等)を購入する。また、粘度センサにおけるベンチマークとして市販の粘度計を購入し、有意差の検証を行う。また、成果発表のため、学会参加登録費および論文投稿費を支出する。
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