ナノスケール構造制御による高機能CNT／セラミックス複合材料の実用化手法開発

通过纳米级结构控制开发高性能CNT/陶瓷复合材料的实用方法

基本信息

批准号：
23860004
负责人：
山本剛
金额：
$ 2.08万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011-08-24 至 2013-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

セラミックスはその優れた材料特性から,機器・構造材料の性能や適応範囲の壁をブレークスルーできる可能性を有している.しかしながら,き裂先端での高い応力集中を緩和させる機構が作用しにくいセラミックス材料は脆く,これを機器・構造用部材の荷重担体として安全に使用できる段階まで開発されてはいない.本研究の目標は,カーボンナノチューブの優れた材料特性を活用することで,実用化可能な多機能性セラミックスの創製のための設計手法の方法論を構築することである.研究目標を達成するための最も重要な課題は,"破壊靭性の飛躍的な向上"と"連続生産が可能な製造プロセスの確立"である.開発材料の破壊特性の向上牽達成するためには荷重担体となる繊維の破壊強度に関する理解は,繊維を強化要素として使用した複合材料の設計において極めて重要である.このような背景のもと,今年度は,異なる温度でアニール処理を行った4種類のMWCNT単味の一軸引張実験をSEM観察下において実施した.その結果,MWCNTのナノ構造に依存して剣鞘型あるいはクリーンブレーク型の破断形態を呈することを見出すとともに,MWCNT単味の破壊特性を向上させるための最適なナノ構造が存在することを発見した.さらに,アニール処理によりナノ組織を制御でき,MWCNT単味の強度を向上できることを世界に先駆けて示している.従来のMWCNT/セラミックス複合材料の作製に関する研究では,放電プラズマ焼結法等のバッチ式加圧焼結法が多用されてきた.無加圧焼結法によることができれば,サンプルの大型化や任意形状の部品への展開など,実用上の利点が期待される.本研究では,無加圧焼結法で緻密なMWCNT/アルミナ複合材料を作製することに成功し,試作材の強度および破壊靱性特性はバッチ式加圧焼結法も超える世界トップの値であることを示している.この成果は,複合体作製の連続プロセス化を可能にするものであり実用化を大きく前進させることが期待される.

由于其出色的材料特性，陶瓷有可能破坏设备和结构材料应用范围的性能和墙壁。但是，由于缓解裂纹尖端高应力浓度的机制而难以使用的陶瓷材料是脆弱的，并且尚未开发到可以安全地用作设备和结构构件的负载载体的阶段。这项研究的目的是利用碳纳米管的出色材料特性来创建用于实际使用的设计方法。构建方法。实现我们的研究目标的最重要挑战是“骨折韧性的急剧改善”和“建立可以连续生产的制造过程”。为了改善开发材料的断裂特性，了解具有负载材料的纤维的断裂强度在使用纤维作为增强元件的复合材料的设计中非常重要。基于这种背景，今年，我们在SEM观测值下进行了四种MWCNT单轴单轴拉伸实验，这些实验在不同的温度下退火。结果进行了。结果，我们发现剑鞘或干净断裂类型的断裂形式取决于MWCNT的纳米结构，并且存在一种最佳的纳米结构来改善MWCNT单调的断裂特性。此外，已经表明纳米结构可以通过退火处理来控制，并且可以提高MWCNT单调的强度。在制造常规MWCNT/陶瓷复合材料的研究中，我们发现批处理添加如排放血浆烧结。压力烧结经常使用。如果可以使用无压力的烧结方法，则可以预期诸如增加样品的大小和扩展到任意形状的部分。在这项研究中，我们使用无压力烧结方法成功地制造了致密的MWCNT/氧化铝复合材料，并表明原型材料的强度和断裂韧性性能是世界上最高的值，超过了批处理型压力的烧结方法。该结果允许制造复合材料的连续过程，并有望显着提高实际应用。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

単繊維引抜き試験によるカーボンナノチューブ/アルミナ複合材料のクラックブリッジング挙動特性評価

单纤维拉拔试验表征碳纳米管/氧化铝复合材料的裂纹桥接行为

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
日本機械学会論文集A編
影响因子：
0
作者：
D. O. Otuya;K. Kasai;T. Hirooka;M. Yoshida;and M. Nakazawa;山本剛
通讯作者：
山本剛

研究室HP

实验室HP

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Investigation on CNT/alumina interface properties using molecular mechanics simulations

DOI：
10.1016/j.carbon.2011.04.059
发表时间：
2011-09
期刊：
Carbon
影响因子：
10.9
作者：
Sentao Liu;N. Hu;G. Yamamoto;Yindi Cai;Yajun Zhang;Yaolu Liu;Yuan Li;T. Hashida;H. Fukunaga-H.-Fu
通讯作者：
Sentao Liu;N. Hu;G. Yamamoto;Yindi Cai;Yajun Zhang;Yaolu Liu;Yuan Li;T. Hashida;H. Fukunaga-H.-Fu

研究機関HP

研究机构网站

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Prediction of pull-out force of multi-walled carbon nanotube (MWCNT) in sword-in-sheath mode

DOI：
10.1016/j.commatsci.2012.03.016
发表时间：
2012-07
期刊：
Science & Engineering Faculty
影响因子：
0
作者：
G. Yamamoto;Sentao Liu;N. Hu;T. Hashida;Yaolu Liu;Cheng Yan;Yuan Li;Haoqian Cui;H. Ning
通讯作者：
G. Yamamoto;Sentao Liu;N. Hu;T. Hashida;Yaolu Liu;Cheng Yan;Yuan Li;Haoqian Cui;H. Ning