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靭性

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1: 2016/01/22(金) 18:06:39.05 ID:CAP_USER.net
産総研:電気を通す透明ラップフィルムを開発
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2016/pr20160121/pr20160121.html


ポイント

•極細金属ワイヤを二枚の柔軟なフィルムの間に波状に配置する技術を開発
• 高伸縮性・透明性・電気的安定性・強靭性を同時に実現
• 曲面上へのセンサーの実装を可能にし、自由形状センサーの普及に貢献


概要

 国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)フレキシブルエレクトロニクス研究センター【研究センター長 鎌田 俊英】 印刷デバイスチーム吉田 学 研究チーム長、植村 聖 主任研究員、延島 大樹 産総研特別研究員は、トクセン工業株式会社【代表取締役社長 金井 宏彰】(以下「トクセン工業」という)と共同で、電気を通す透明ラップフィルムを開発した。

 産総研は、トクセン工業が開発した世界最小レベルの線径で、強度に優れ、弾性の高い極細金属ワイヤを二枚の柔軟なフィルムの間に波状に形成するプロセスを開発した。
このプロセスにより高伸縮性・透明性・電気的安定性・強靭性を同時に満たす導電性ラップフィルムを作製できる。
この透明ラップフィルムは、生鮮食品用のセンサー機能付きの包装フィルムや、あらゆる曲面上へのセンサーへの実装などに応用でき、自由形状センサー普及への貢献が期待される。

 なお、この技術の詳細は、2016年1月27~29日に東京ビッグサイト(東京都江東区)で開催されるプリンタブルエレクトロニクス2016で発表される。

続きはソースで

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引用元: 【技術/材料工学】電気を通す透明ラップフィルムを開発 生鮮食品の包装がセンサーに

電気を通す透明ラップフィルムを開発 生鮮食品の包装がセンサーにの続きを読む

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1: 2015/06/21(日) 21:31:35.67 ID:???.net
硬さと割れにくさ両立したセラミックス実現に道―わずかな亀裂進展で靭性が急激に増すことを発見― | 東工大ニュース | 東京工業大学
http://www.titech.ac.jp/news/2015/031545.html

画像
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000879_wakai_fig1.jpg
図1. ビッカース硬度と破壊靱性の関係
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000879_wakai_fig2.jpg
図2(b). 破壊抵抗と亀裂進展長さとの関係
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000879_wakai_fig4.jpg
図3. 破壊誘起アモルファス化による亀裂進展抵抗の増加
http://www.titech.ac.jp/news/img/n000879_wakai_fig5.jpg
図4. 二酸化ケイ素の結晶構造


(前略)


背景

砂や岩石の主成分である二酸化ケイ素(シリカ、SiO2)はありふれた物質であり、石英(水晶)やシリカガラスとして利用されているが、脆く、割れやすいという欠点がある。シリカの高圧相であるスティショバイトは酸化物の中で最も硬く、ダイヤモンドと立方晶窒化ホウ素(c-BN)に次ぐ硬さをもつ優れた材料である。だが、その単結晶は石英やシリカガラスと同様に割れやすいものであった。

2012年に西山博士は愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター(GRC、入舩徹男 センター長=愛媛大学教授)で、ナノ多結晶スティショバイトの合成に成功し、割れにくさの指標である破壊靭性が10~13 MPa・m1/2[用語3]とセラミックスの中で最も高い値をもつ材料であることを発見した。

図1に示すとおりセラミックスは一般的に硬いものほど割れやすい傾向があるが、ナノ多結晶スティショバイトは硬さと割れにくさを併せもつセラミックスである。つまり、シリカという地球上にありふれている物質から優れた機能をもつセラミックスが合成でき、資源の制約のない持続可能社会に適した材料であるといえる。

ナノ多結晶スティショバイトの高い破壊靭性の起源は常圧で準安定なスティショバイトが亀裂先端の巨大な引張応力によって局所的に結晶相からアモルファス相に相変態する「破壊誘起アモルファス化」[用語4]と関連している。スティショバイトの破壊した表面には数十nm(ナノメートル)の厚さのアモルファス相が存在することがX線吸収端近傍構造(XANES[用語5])で観察されている。

破壊誘起アモルファス化はスティショバイト以外の多くの高圧相の物質でも起こりうるので、今後、類似の関連物質でさまざまな高靭性材料が発見され、高強度・高靭性セラミックスの開発が大きく
進むものと期待されている。しかし、なぜ強く、丈夫になるのかという理由は明らかになっていなかった。


研究成果

若井所長らの研究グループは、集束イオンビーム(FIB)により加工した微小試験片(図2(a))を用いて、ナノ多結晶スティショバイトの破壊に対する抵抗が亀裂進展とともにどのように増加するかを調べた。
ナノ多結晶スティショバイトの破壊抵抗はわずか1μmの亀裂進展で8 MPa・m1/2まで上昇し、その飽和値は10 MPa・m1/2近く、セラミックスの中でも高い破壊靭性をもつジルコニア(二酸化ジルコニウム)や窒化ケイ素よりもはるかに高かった(図2(b))。また、ナノ多結晶スティショバイトの亀裂進展にともなう破壊抵抗の初期増加率も極めて高かった。

ジルコニアの高い破壊靭性は、亀裂進展に伴って準安定相である正方晶相から単斜晶相への応力誘起変態がおこり、亀裂の周辺に相変態領域が形成されることが、その起源である。
破壊抵抗が飽和値に達するまでに亀裂が進まなければいけない距離は相変態領域の厚みに比例する(図3)。一方、二酸化ケイ素の低圧相である石英やクリストバライトではケイ素(Si)原子は4個の酸素原子に囲まれた4面体構造をとるが、高圧相であるスティショバイトではSi原子は6個の酸素原子に囲まれた8面体構造をとる(図4)。

破壊誘起アモルファス化によって、亀裂先端の高い引張応力によりスティショバイトがアモルファス化する際に100%近い大きな体積膨張が起こる。ナノ多結晶スティショバイトで破壊抵抗が飽和値に達するまでに進まなければならない距離が極めて短かったのはアモルファス化領域の厚みが数10nmと、ジルコニアの相変態領域の厚み数μmに比べてはるかに小さかったためである。

相変態強化が働くときには、相変態に伴う体積変化が大きいほど、また、アモルファス化領域が厚いほど、破壊抵抗の増加量は大きくなる。アモルファス化領域の厚みは薄いけれども、アモルファス化による体積変化率の高いことが、ナノ多結晶スティショバイトの優れた靭性の理由であることがわかった。


今後の展望

亀裂が1μm以下のわずかな距離を進むだけで破壊抵抗が上昇することが見出され、硬くて脆いセラミックスを丈夫にする新しい仕組みが存在することが明らかになった。この発見は微小試験片による破壊抵抗測定技術の進歩により初めて可能になった。この技術を応用して、複雑なナノ構造、サブミクロンスケールの構造をもつセラミックスやナノコンポジットに適用すれば、さまざまな未知の靭性強化機構が見出される可能性があり、高強度・高靭性セラミックスの研究開発に新たな飛躍と展開をもたらすと期待される。

詳細・続きはソースで

ダウンロード (2)
 

引用元: 【材料科学】硬さと割れにくさ両立したセラミックス実現に道 わずかな亀裂進展で靭性が急激に増すことを発見 東工大

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1: 2015/05/10(日) 10:20:44.99 ID:???.net
◆カーボンナノチューブ入りの水を吹きかけられたクモが地球上最高強度のクモの糸を生成

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「クモの糸」は鋼鉄より高い引っ張り強度・靱性(じんせい)・ヤング率をもち、天然物質で最高の強度を持つと言われています。
一方で、人工物質で最高レベルの強度を誇るのが高機能材料として近年、注目を集めるカーボンナノチューブやグラフェンです。

これらの天然最強物質と人工最強物質を混ぜ合わせたら一体どうなるのかという素朴な疑問を試すべく、イタリアの科学者がグラフェンやカーボンナノチューブを混ぜた水をクモに拭きかけたところ、史上最高強度のクモの糸が誕生しました。

イタリアのトレント大学のニコラ・マリア・プーニョ教授らの研究チームは、天然物質では最高レベルの強度を誇るクモの糸の強度をさらに向上させるために、グラフェンやカーボンナノチューブを混ぜ合わせればよいのではないかと考えました。
そこで、プーニョ博士らはイタリアに生息するユウレイグモに、グラフェンやカーボンナノチューブを混ぜた水を吹き付けてみるというストレートな手法を採りました。

グラフェンとカーボンナノチューブのいずれが強度アップに有効なのかを調べるために、ユウレイグモを5匹ずつ採取して実験したところ、いずれの物質を混ぜた場合でも強度が大幅に向上しました。
より強度が増したのはカーボンナノチューブ添加水吹きつけ時で、その強度は天然物質最強のオーブスパイダーのクモの糸の約3.5倍、ヤング率は47.8GPに到達したとのこと。
この数値はこれまで生まれたあらゆる天然物質の中で最高の強さであり、現在、最強の合成繊維の一つである「ケブラー49」を上回る靱性を持つことから、地球上最強の繊維が誕生したということになります。

写真:http://i.gzn.jp/img/2015/05/09/graphene-carbon-nanotube-spider-silk/a01.png

続きはソースで

GIGAZINE(ギガジン) 2015年5月9日18時0分
http://news.livedoor.com/article/detail/10093483/

引用元: 【材料】カーボンナノチューブ入りの水を吹きかけられたクモから「ケブラー49」を上回る地球上最強の繊維が誕生

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