テンプレート法によるナノ界面制御を用いたＣＮＴ複合材料の高機能化と展開応用

模板法纳米界面控制CNT复合材料的高功能化及开发应用

• 批准号: 12F02358
• 负责人: 橋田 俊之
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12F02358/
• 关键词: カーボンナノチューブ; セラミックス; 複合材料; 界面特性; 常圧焼成法; 機械的特性; 摩擦・摩耗特性; 機械材料・材料力学; テンプレート法

多層カーボンナノチューブ(MWCNT)とアルミナからなる複合材料の高機能化と応用展開を目的として、以下の3つの研究を実施した．研究1：複合材料の破壊特性の支配因子であるMWCNTとアルミナとの界面強度を評価する目的で、埋込長さ傾斜制御型引抜試験法を開発した。MWCNT-アルミナ間の界面強度は19 MPa程度であることを明らかにするとともに、得られた値は理論モデルから予想される界面強度と概ね一致していた。これらの結果は、複合材料のさらなる破壊特性の向上のためには、MWCNT-アルミナ間の界面強度を適切な値まで低減させることが有効であることを示すものである。研究2：常圧焼成法による複合材料作製技術を確立する目的で、MWCNT/アルミナ複合材料の焼結特性ならびに機械的特性におよぼすMWCNT添加量とMWCNT種の影響を検討した。MWCNT添加量の少ない試料において緻密な組織を有する試料の作製に成功するとともに、適切な表面性状ならびに剛性を有するMWCNTを複合化に使用することで、アルミナ焼結体の強度・靱性特性を超える破壊特性を有する試料の作製に成功した。さらに、常圧焼成法を用いることで大型試料ならびに半球カップ状の試料を作製することが可能となった。研究3：MWCNT/アルミナ複合材料の摩擦･摩耗特性に関する知見を得ることを目的として、摩擦･摩耗特性に及ぼす作製条件ならびに摩擦環境の影響評価を行った。摺動距離が短い条件において、MWCNT添加量の増加に伴い摩擦係数は低下する傾向が認められた。MWCNTsを5.5 vol.%添加した複合材料の摩擦係数は約0.3であり、この値はアルミナ焼結体と比較して約26%低い値であった。一方、摺動距離の増加に伴い摩擦係数は上昇し、定常状態の摩擦係数はいずれの条件で作製した複合材料においてもアルミナ焼結体と同程度の値(0.4-0.5程度)であった。

The following three aspects were studied for the purpose of high functionalization and application development of multi-layer carbon nanotubes (MWCNT). Study 1: The dominant factors of fracture characteristics of composites are MWCNT and the interfacial strength is evaluated. The method of tilt control is developed. MWCNT-R interface strength is approximately 19 MPa. As a result, the interface strength between MWCNT and the composite material is appropriately reduced. Study 2: To investigate the effects of MWCNT addition and MWCNT species on the sintering characteristics and mechanical properties of MWCNT composites. The sample was successfully fabricated with a small amount of MWCNT added, dense structure, appropriate surface properties, and rigidity, and composite MWCNT was successfully fabricated with strength and mechanical properties of the sintered body. For example, if a large sample is used, a hemispherical sample may be used. Study 3: Study on the friction and wear characteristics of MWCNT/Al2O3 composites, and evaluation of the effects of the friction and wear characteristics and operating conditions on the MWCNT/Al2O3 composites The friction coefficient tends to decrease with the increase of MWCNT addition amount under the condition of short deflection distance. MWCNTsを5.5 vol.% The friction coefficient of the composite material is about 0.3%, and the value is about 26% lower than that of the sintered body. The friction coefficient increases with the increase of the deflection distance, and the friction coefficient in the steady state increases with the increase of the deflection distance. The friction coefficient in the steady state increases with the increase of the deflection distance. The friction coefficient in the steady state increases with the increase of the deflection distance.

项目成果

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL PROPERTIES OF MULTI-WALLED CARBON NANOTUBE / ALUMINA COMPOSITES PREPARED BY A NOVEL FLOCCULATION METHOD

新型絮凝方法制备多壁碳纳米管/氧化铝复合材料的微观结构和力学性能

• 发表时间: 2014
• 作者: W. L. Wang;G. Yamamoto;K. Shirasu;Y. Nozaka;T. Hashida
• 通讯作者: T. Hashida

カーボンナノチューブ・グラフェン分散技術の工業化と機能展開 - 溶液・ポリマー・金属・セラミックスへの分散 -，第2章，第5節，CNT/セラミックス複合材料の研究・開発動向

碳纳米管/石墨烯分散技术的产业化和功能化开发 - 溶液、聚合物、金属和陶瓷中的分散 - 第2章第5节，CNT/陶瓷复合材料的研究与发展趋势

• 发表时间: 2014
• 作者: Yo Nozaka;Weili Wang;Keiichi Shirasu;Go Yamamoto;Toshiyuki Hashida;山本剛，白須圭一，野坂陽，Weili Wang，橋田俊之
• 通讯作者: 山本剛，白須圭一，野坂陽，Weili Wang，橋田俊之

Inclined slit-based pullout method for determining interfacial strength of multi-walled carbon nanotube-alumina composites

• DOI: 10.1016/j.carbon.2014.07.024
• 发表时间: 2014-11-01
• 期刊: CARBON
• 影响因子: 10.9
• 作者: Nozaka, Yo;Wang, Weili;Hashida, Toshiyuki
• 通讯作者: Hashida, Toshiyuki

Development of Pressureless Sintering Method for Carbon Nanotube/Alumina Composites and Evaluation of Their Microstructures and Mechanical Properties

碳纳米管/氧化铝复合材料无压烧结方法的开发及其微观结构和力学性能评价

• 发表时间: 2013
• 作者: Yo Nozaka;Weili Wang;Keiichi Shirasu;Go Yamamoto and Toshiyuki Hashida
• 通讯作者: Go Yamamoto and Toshiyuki Hashida