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2016 年度 実績報告書

生物機能形態を範とする柔剛混在型スマート材料の数理設計

研究課題

研究課題/領域番号 25390147
研究機関山梨大学

研究代表者

島 弘幸  山梨大学, 総合研究部, 准教授 (40312392)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワード生物模倣科学 / 植物模倣科学 / ナノ炭素材料 / 形状物性相関 / 傾斜機能材料 / 複合材料 / ナノコイル
研究実績の概要

最終年度の研究では、力学的に柔軟な構造と剛性を有する構造を積層させた「柔剛混在型」複合材料について、植物模倣科学ならびにナノ構造物性科学の両観点からその数理設計と物性推算と行った。
まず植物模倣科学のテーマにおいては、自然由来の柔剛混在型複合材料である「竹」を考察対象とした。特に竹の断面を貫く維管束鞘の不均一分布に注目し、これを模倣した超軽量・超高強度パイプ構造の最適設計指針を提案することができた。具体的には、国内に自生する様々な種類の竹について、その稈断面に分布する維管束鞘の傾斜分布を観察・解析し、この傾斜分布を模倣した傾斜機能型・強化シェル材料の最適デザイン理論を展開した。その成果は、複数の学術誌ならびに国内外の学術会合の招待講演で公開した。
次にナノ構造物性のテーマにおいては、sp2型のナノ炭素材料について、その特異な形状物性相関の解明を図った。同材料は、グラフェン面内での非常に強固な原子結合と、隣接グラフェン面の間の比較的弱い分子間力が混在した、ナノスケールの柔剛混在型複合材料といえる。そこで本研究では、炭素ナノコイルの合成実験と原子構造解析を通して、コイル径・コイルピッチを制御した高品質ナノコイルの製造過程と必要条件を整理した。加えて、炭素ナノチューブの塑性変形に関する大規模数値シミュレーションを実施し、動径方向・軸方向からの圧縮力に対する非線形力学応答と座屈モードを詳細に調べた。その結果、同材料の変形モードと電子伝導率特性が強く相関することがわかった。これは同材料の形状変形を積極活用したナノデバイスの開発可能性を示唆するものである。以上の成果はいずれも、国内外の学術専門誌(査読付)に原著論文として公表済である。

  • 研究成果

    (36件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 1件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 10件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 9件、 招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Cincinnati/Los Alamos National Laboratory(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Cincinnati/Los Alamos National Laboratory
  • [国際共同研究] Chosun University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Chosun University
  • [雑誌論文] Bamboo-inspired optimal design of functionally graded hollow cylinders2017

    • 著者名/発表者名
      M. Sato, A. Inoue and H. Shima
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 12 ページ: e0175029

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0175029

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Universal node distribution in three bamboo species (Phyllostachys spp.)2017

    • 著者名/発表者名
      A. Inoue, S. Tochihara, M. Sato and H. Shima
    • 雑誌名

      Trees

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s00468-017-1546-2

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Effects of agent-environment symmetry on the coordination dynamics of triadic jumping2017

    • 著者名/発表者名
      A. Kijima, H. Shima, M. Okumura, Y. Yamamoto and M. J. Richardson
    • 雑誌名

      Frontiers in Psychology

      巻: 8 ページ: 3

    • DOI

      10.3389/fpsyg.2017.00003

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] High-purity synthesis of helical carbon nanofibers and application for energy devices2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Suda and H. Shima
    • 雑誌名

      Metal Powder Report

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.mprp.2016.06.005

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synchronization in flickering of three-coupled candle flames2016

    • 著者名/発表者名
      K. Okamoto, A. Kijima, Y. Umeno and H. Shima
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 6 ページ: 36145

    • DOI

      doi:10.1038/srep36145

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 竹の節・組織構造が織り成す円筒体としての合理的な構造特性の理論的解明2016

    • 著者名/発表者名
      佐藤太裕, 谷垣俊行, 佐藤諭佳, 島 弘幸, 井上昭夫
    • 雑誌名

      土木学会論文集 A2(応用力学)

      巻: 72 ページ: I25-I34

    • DOI

      10.2208/jscejam.72.I_25

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rheological properties of milk coagulation by crude enzyme from Hericium erinaceum2016

    • 著者名/発表者名
      K. Sato, H. Shima, K. Nakamura, N. Kobayashi, M. Endo and M. Tanimoto
    • 雑誌名

      Milk Science

      巻: 65 ページ: 161-169

    • DOI

      10.11465/milk.65.161

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Cross-sectional deformation in multi-walled carbon nanotubes under hydrostatic pressure2016

    • 著者名/発表者名
      M. Sato, Y. Yachi, I. Koike, H. Shima and Y. Umeno
    • 雑誌名

      Solid State Phenomena

      巻: 258 ページ: 65-68

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/SSP.258.65

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Atomistic modeling analysis of buckling behavior of compressed carbon nanotubes2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Umeno. M. Sato, H. Shima and M. Sato
    • 雑誌名

      Solid State Phenomena

      巻: 258 ページ: 61-64

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/SSP.258.61

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Tomonaga-Luttinger liquid theory for metallic fullurene polymers2016

    • 著者名/発表者名
      H. Yoshioka, H. Shima, Y. Noda, S. Ono and K. Ohno
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 93 ページ: 165431

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.165431

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Particle Size Effect on Desiccation Fracture of Starch-Water Mixture2017

    • 著者名/発表者名
      Yuri Akiba, Hiroyuki Shima
    • 学会等名
      The 7th Asian Particle Technology Symposium (APT 2017)
    • 発表場所
      Chang Gung University, Taoyuan, Taiwan
    • 年月日
      2017-07-30 – 2017-08-03
    • 国際学会
  • [学会発表] GISを用いた柱状節理の亀裂パターン解析2017

    • 著者名/発表者名
      高島 愛果,秋葉 祐里,井上 昭夫,島 弘幸
    • 学会等名
      GEOINFORUM-2017
    • 発表場所
      山梨県立図書館
    • 年月日
      2017-06-29 – 2017-06-30
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブの座屈変形とバンドギャップ変化の原子・電子モデル解析2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤誠修,島弘幸,佐藤太裕,梅野宜崇
    • 学会等名
      第22回計算工学講演会
    • 発表場所
      ソニックシティー、埼玉
    • 年月日
      2017-05-31 – 2017-06-02
  • [学会発表] 金属フラーレンポリマーの安定原子構造と電子状態計算2017

    • 著者名/発表者名
      吉岡英生, 島弘幸, 野田祐輔,小野頌太,大野かおる
    • 学会等名
      第22回計算工学講演会
    • 発表場所
      ソニックシティー、埼玉
    • 年月日
      2017-05-31 – 2017-06-02
  • [学会発表] 剛性の傾斜分布にみる竹の力学的最適化戦略2017

    • 著者名/発表者名
      宮川 奨,佐藤 太裕,谷垣 俊行,島 弘幸,井上 昭夫
    • 学会等名
      第20回(2017年度)応用力学シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学 吉田キャンパス
    • 年月日
      2017-05-20 – 2017-05-21
  • [学会発表] 静水圧荷重下におけるStone-Wales欠陥を有するCNTの特異な断面変形性質2017

    • 著者名/発表者名
      谷内 湧,佐藤 太裕,島 弘幸,梅野 宜崇
    • 学会等名
      第20回(2017年度)応用力学シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学 吉田キャンパス
    • 年月日
      2017-05-20 – 2017-05-21
  • [学会発表] 柱状節理の亀裂パターン:沖縄県久米島・畳石での ケーススタディ2017

    • 著者名/発表者名
      高島 愛果,秋葉 祐里,井上 昭夫,島 弘幸
    • 学会等名
      第20回(2017年度)応用力学シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学 吉田キャンパス
    • 年月日
      2017-05-20 – 2017-05-21
  • [学会発表] 収縮亀裂模様のスケールフリー性:乾燥ペースト と冷却マグマのアナロジー2017

    • 著者名/発表者名
      秋葉 祐里,島 弘幸
    • 学会等名
      第20回(2017年度)応用力学シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学 吉田キャンパス
    • 年月日
      2017-05-20 – 2017-05-21
  • [学会発表] 高濃度固液混合液の乾燥破壊における粒子サイズ効果2017

    • 著者名/発表者名
      秋葉祐里, 島弘幸
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会 (2017年)
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] 未舗装道路で生じる波状起伏の自発形成メカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      松山千春, 田中之博, 佐藤太裕, 蟹江俊仁, 島弘幸
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会 (2017年)
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] ドローン空撮による柱状節理の幾何構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      秋葉祐里, 高島愛果, 井上昭夫, 島弘幸
    • 学会等名
      日本物理学会 第72回年次大会 (2017年)
    • 発表場所
      大阪大学 豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [学会発表] Physics of Nanocarbon Materials with Complex Geometry2016

    • 著者名/発表者名
      H. Shima
    • 学会等名
      Joint Seminar on the Application of Nano materials in Civil Engineering
    • 発表場所
      Chosun University, Gwangju, South Korea
    • 年月日
      2016-12-19 – 2016-12-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effect of milk fat content on the viscoelasticity of mozzarella-type cheese curds2016

    • 著者名/発表者名
      M. Tanimoto and H. Shima
    • 学会等名
      IDF World Dairy Summit 2016
    • 発表場所
      De Doelen, Rotterdam, The Netherlands
    • 年月日
      2016-10-16 – 2016-10-21
    • 国際学会
  • [学会発表] Rational bending properties of wild bamboo with peculiar tissue structures and nodes2016

    • 著者名/発表者名
      T. Tanigaki, Y. Sato, M. Sato, H. Shima, A. Inoue
    • 学会等名
      The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
    • 発表場所
      ICC Jeju, Jeju Island, South Korea
    • 年月日
      2016-08-28 – 2016-09-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Unveil the bamboo wisdom: Plant-mimetic design toward less-material and high-strength structure2016

    • 著者名/発表者名
      H. Shima, M. Sato, and A. Inoue
    • 学会等名
      The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
    • 発表場所
      ICC Jeju, Jeju Island, South Korea
    • 年月日
      2016-08-28 – 2016-09-01
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of crack patterns in desiccated starch slurries2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Akiba, J. Magome, H. Kobayashi, M. Tanimoto, H. Shima
    • 学会等名
      The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
    • 発表場所
      ICC Jeju, Jeju Island, South Korea
    • 年月日
      2016-08-28 – 2016-09-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Allometric relationship between stem diameter and sapwood area2016

    • 著者名/発表者名
      M. Nagano, I. Fumiya, H. Shima, A. Inoue
    • 学会等名
      The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
    • 発表場所
      ICC Jeju, Jeju Island, South Korea
    • 年月日
      2016-08-28 – 2016-09-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Cross-sectional buckling analysis of hydrostatically pressurized multi-walled carbon nanotubes by molecular dynamics simulations2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Yachi, I. Koike, N. Ikeoka, Y. Umeno, H. Shima, M. Sato
    • 学会等名
      The 2016 World Congress on Advances in Civil, Environmental, and Materials Research (ACEM16)
    • 発表場所
      ICC Jeju, Jeju Island, South Korea
    • 年月日
      2016-08-28 – 2016-09-01
    • 国際学会
  • [学会発表] Cross-sectional deformation in multi-walled carbon nanotubes under hydrostatic pressure2016

    • 著者名/発表者名
      M. Sato, Y. Yachi, I. Koike, H. Shima, and Y. Umeno
    • 学会等名
      8th International Conference on Materials Structure and Micromechanics of Fracture (MSMF8)
    • 発表場所
      Brno University of Technology, Brno, Czech Republic
    • 年月日
      2016-06-27 – 2016-06-29
    • 国際学会
  • [学会発表] 静水圧荷重を受ける単層及び多層カーボンナノチューブにおける座屈挙動解析モデルの検討2016

    • 著者名/発表者名
      佐藤太裕,谷内湧,小池育代,池岡直哉,島弘幸,梅野宜崇
    • 学会等名
      第21回計算工学講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟
    • 年月日
      2016-05-31 – 2016-06-02
  • [学会発表] Geometry, Mechanics, and Electronics of Carbon Nanocoils2016

    • 著者名/発表者名
      H. Shima, Y. Suda
    • 学会等名
      第21回計算工学講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟
    • 年月日
      2016-05-31 – 2016-06-02
  • [学会発表] コロイド懸濁液の乾燥亀裂パターン2016

    • 著者名/発表者名
      秋葉祐里, 馬籠純, 小林拓, 島弘幸
    • 学会等名
      第19回(2016年度)応用力学シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学、札幌
    • 年月日
      2016-05-21 – 2016-05-22
  • [図書] Role of Topology in Material Sciences2017

    • 著者名/発表者名
      H. Shima and J. Onoe
    • 総ページ数
      300
    • 出版者
      Springer
  • [備考] Hiroyuki Shima Website

    • URL

      http://www.ccn.yamanashi.ac.jp/~hshima/HShima-jp.html

URL: 

公開日: 2018-01-16   更新日: 2022-02-16  

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