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強靭かつ軽量性を具えた自立発電型スマート材料を開発

強靭かつ軽量性を具えた自立発電型スマート材料を開発

ByMedtec Japan編集部

11月24日東北大学は、同大学院工学研究科材料システム工学専攻の成田史生准教授(材料科学総合学科)が、磁歪ファイバーを“逆磁歪(ぎゃくじわい)効果”の機能を高めて機械構造物本体に埋め込む技術を確立し、強靭かつ軽量で発電性能が世界最高レベルの複合機能型新素材(右写真)を開発したと発表した。

今回、埋め込んだ磁歪材料は、鉄基で原料が安く、加工性と強度に優れ、磁化・磁歪特性も良いFe‐Co(鉄‐コバルト)合金。これを直径1~0.2mmの線材にして、磁束が繊維方向に浸透しやすい性質を引出し、かつ、エポキシ系母材樹脂内部に埋め込む際の製造工程を改良して、逆磁歪特性が極めて高い複合材料を作製した。さらに、樹脂の外側にコイルを配置することにより、衝撃荷重で大きな電圧を発生させることに成功した。

今回の複合機能型新素材は、従来の希少金属からなる脆くて加工が難しい磁歪材料2種(希土類系ターフェノールD、Fe‐Ga系ガルフェノール)では不可能とされていた強靱さと軽量化を実現。また、構造体に成形一体化できるので設計の自由度もある。この新素材は、高感度センサ、ウェアラブル・IoTデバイスへのマイクロ環境発電・蓄電機能へも適用可能であり、日本発の“自立発電型”スマート材料の開発一例として注目される。

本研究の一部は、公益財団法人みやぎ産業振興機構のプロジェクト創出研究会助成事業下の“新磁歪・電磁スマートデバイス開発研究会”の支援を受けて行われている。また、Fe‐Co合金は、古屋泰文氏(東北大学客員教授、弘前大学名誉教授)によって2011年に発明されたもので、東北特殊鋼株式会社によって量産化可能になった。


:逆磁歪効果とは(リリースより)
磁歪合金に外力を加えると、ミクロ的には、原子の周りの電子軌道や電子自体の自転方向に影響が現れ、結晶内部の磁気モーメント域が変化して、材料表面から漏れ磁束が発生する現象。応力センサや環境型振動発電に利用されている。

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