磁性ナノ複合材料によりノベルメタマテリアルの応用

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本研究では、磁性ナノ材料及びナノ炭素材料を用いたノベルメタマテリアル構造を作製し、新しい分野への応用を試みる。また、作製した構造の組織及び特性を評価し、デバイス特性との関連性を解釈する。さらにメタマテリアル構造を改善し、高性能構造を設計する。今年度において、主に下記の新しい複合材料の探索を行った。優れた電気磁性特性を得るために、微小サイズ及び優れたソフトマグネチック特性を利用し、Co系及びFe系強磁性体マイクロワイヤを用いた。応力テストとVSMを用いた機械的及び電気的な特性評価を行った。さらに材料の力学強度の保持のため、グラス増強エポキシー樹脂材料を用いた。複合材料の作製について、単一の群列、交差する群列、混成の郡列として混成のメソ構造の設計により、ポリマーにマイクロワイヤーを埋め込んだ。また、スーパーキャパシター電極材料として、単発的にしか研究されてこなかったカーボンナノチューブ、グラフェン、酸化還元反応活性物質等をエネルギー密度増大という視点から、ナノレベルでの構造制御により、その特性を最大限引き出し、さらにナノレベルで組み合わせた3次元構造化により、カーボン複合材料によって、エネルギー密度を飛躍的に向上させる。グラフェン及びCNTは電気化学活性な表面積が大きく、優れた伝導性・力学性とあわせてナノスケール電極材料としての期待が大きく、エネルギー貯蔵に用いられるスーパーキャパシタデバイスの電極材料として魅力的である。グラフェンシートの間隔の制御及びCNT間の相互接着面積の増大により、高密度・高導電性にした三次元ナノ構造を用いて、高エネルギー密度化電極材料を開発し、作成されたグラフェンリチウムイオンキャパシターのエネルギー密度は114Wh/kg に達成した。優れた結果に基づく、様々な研究発表も行った。今年度にAPL誌の3論文を含む５件論文を発表し、2論文が投稿中である。