Research Opportunities for UndergraduaTEs
理工学部・学部学生が最先端の研究に参加できるプロジェクト

過去の Project lists

2020年度・秋学期
廣澤渉一 教授
窒化物セラミックスと銅の活性金属接合に使用する 銀ろうの熱的データの定量評価
教員メールアドレス ""を"@"に hirosawaynu.ac.jp
定員 各学年1名
資料(PDF) download
テーマ概要 優れた耐熱性や力学特性を有するセラミックスは,電子回路用の基板として使用されているが,熱伝導性に優れた銅などの金属材料と接合する必要がある.代表的な異種材料接合法であるろう付け法では,通常のろう材がもつセラミックスに対する濡れ性が低く,一度セラミックス表面を金属膜で覆うためのメタライズという加熱処理を経てから,ろう付けを行わなければならない.それに対して,本研究で扱う活性金属接合法は,ろう材に反応性の高いTiなどを添加することで,ろう付け中にそれらの活性金属がセラミックスと反応,表面をメタライズしてろう材の濡れ性を改善することができる.しかしながら,ろう材中の活性金属の働きは明らかになっておらず,溶融ろう材中の活性金属の化学ポテンシャルや活量などの熱的データすらわかっていない.そこで本研究では,窒化物セラミックスと銅の活性金属接合における,銀ろう(Ag-Cu系合金)中の活性金属Tiの熱的データの組成依存性や温度依存性をCALPHAD法により定量評価し,より低温でメタライズ可能な新規銀ろう合金を提案,実用化することを目的とする.
履修済みであることが望ましい科目 熱力学
必要スキル 開始時点では特に必要としないが,状態図計算(CALPHAD法)やフェーズフィールド法(MICRESS)などの計算材料学に興味のある学生が好ましい.
その他 企業の研究者と議論する機会もあります.世の中の役に立つ材料を創製し,ものつくりを通してぜひ自分の世界や能力を広げて下さい.
向井剛輝 教授
コロイド型量子ドットを用いる高効率量子ドット超格子太陽電池の研究
教員メールアドレス ""を"@"に mukai-kohki-cvynu.ac.jp
定員 各学年1名
資料(PDF) download
テーマ概要 本研究室では、70%以上のエネルギー変換効率が理論予測されている量子ドット超格子太陽電池を、コロイド型量子ドットで実現する研究を行っています(下図)。量子ドット超格子とは、高均一な量子ドットを3次元的に最密充填した構造です。また、コロイド型量子ドットとは、フラスコ中で化学合成によって作製する直径5nm程度の半導体微結晶のことです。これまで精力的に研究されてきた、エピタキシャル型量子ドットを用いた超格子の製造方法は、結晶の無転位化と量子ドットの均一化が限界に達しており、ブレークスルーが求められています。我々はこれまで、コロイド型量子ドットを溶媒中でテンプレート上に沈降させて3次元配列させ、量子ドット超格子を作製する技術を研究してきました。現在、実際に良好な量子ドット超格子が出来つつあります。ROUTEでは、このコロイド型量子ドット超格子を用いて、実際に太陽電池を試作する研究を手伝ってくれる人を募集します。グローブボックス中での太陽電池の試作や、最適構造を設計するための理論計算などを手伝ってもらう見込みです。
履修済みであることが望ましい科目 特になし
必要スキル 特になし
その他 現時点で関連分野の知識を全く持っていなくても、学んでいく意欲さえあれば大丈夫です。積極的にやる気のある人を募集します。
中津川 博 准教授
熱電素子を付与した金属屋根の温度差発電の検討とその性能評価
教員メールアドレス ""を"@"に nakaynu.ac.jp
定員 各学年1名
資料(PDF) download
テーマ概要 異種金属や半導体セラミックスなどのp型材料とn型材料を直列に結合した素子を熱電素子と云います。熱電素子は、熱を電気に直接変換するゼーベック効果と電流を流して一方向に冷却/加熱するペルチェ効果を特徴とします。熱電素子の魅力は、構造が単純で小型軽量、機械的な駆動部分が無く静謐であり、出力電流密度が大きいという利点が挙げられ、石油・石炭・ガスなどの一次エネルギーの内、環境に放出されている66%の廃熱を回収する技術として注目を集めています。特に、廃熱の多くは40~200℃の熱エネルギーであり、現状の技術では再利用困難とされ、廃棄されているエネルギーを熱電素子で電気に変換し廃熱の一部を再利用する技術は、持続可能社会を構築する上で鍵になると考えられます。ROUTEの研究では、熱電素子を付与した金属屋根を用いて、実際に、室内外の温度差から熱電発電し、その性能評価の研究に参画します。
履修済みであることが望ましい科目 固体電子論, 統計物理学, 電磁物性
必要スキル 座学・学生実験で身に付けた技術・知識のみで十分です。
田中良巳 准教授
ソフトマテリアルの観点から見る樹木の形と変形
教員メールアドレス ""を"@"に tanaka-yoshimi-vmynu.ac.jp
定員 各学年1名
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テーマ概要 樹木,とくに,枝葉の部分の振動モードの解析をするとともに,各部位の粘弾性測定をおこない,振動減衰の機構を実験的に明らかにする.
研究の学問的背景は以下の通りである.木のデザイン(外部形態および組織)は,その出現以来数億年にわたる進化の産物であり,自重を支える力学構造としても,また,水分や養分を個体全体に配分する輸送系としても,理にかなったものである。特に,枝は木の形に地表に沿う方向への広がりを与え,それから発生する葉たちが全体として効率的に光を受けることを可能とする。 一方で,こうした枝葉の有り様は,雨・風・雪などによる余剰の力学的負荷を枝自身や幹に強いることになる。各個体の非常に長い寿命を考慮するならば,木のデザインにはこうした長期にわたる力学的擾乱を上手に受け流すことで,疲労破壊による倒壊等の致命的な事象を回避する秘訣が備わっている事は確かであろう。
こうした木のデザインの力学的意義を,従来の関連研究におけるような構造力学的視点に加え,「枝構造のネットワーク解析」,「枝ごとの振動モードの違いとその相互作用」,「粘弾性体としての葉部の粘弾性特性」をキーワードに探求する.
履修済みであることが望ましい科目 大学1年生で習う物理と数学.とくに力学と微積分・線形代数.
必要スキル パソコンの操作になれていることが望ましいが,必要なスキルは始動する.
長谷川 誠 准教授
高温に挑む 軽量耐熱材料の強度および環境遮蔽に関する研究
教員メールアドレス ""を"@"に hasegawa-makoto-zyynu.ac.jp
定員 各学年1名
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テーマ概要 ① TiAl系合金の熱処理による組織制御とその力学特性
高比強度・高温構造材料の候補材としてTiAl系合金が注目されています。近年、ジェットエンジンの低圧タービン部への適用が報告されていますが、未だTiAl系合金の実用化は限定的です。最も注目されているのはラメラ組織を有する(2+)2相TiAl系合金であり、異なる組成や元素の添加、熱処理による力学特性の向上が試みられています。近年、ラメラ界面に相を析出させることによってフルラメラ組織を有するTiAl系合金の破壊靭性を向上させることが出来ると考えられています。しかし、熱処理条件による相の析出状態やラメラ組織の状態は未だ十分に把握されておらず、また、組織と力学特性との対応も系統的に把握できていないのが現状です。ROUTEでは、異なる組成のTiAl系合金を対象に熱処理により組織制御を行うとともに、常温での3点曲げ試験による強度評価やシェブロンノッチを導入した3点曲げ試験による破壊靱性の測定を行い、熱処理条件と組織の関係や組織と力学特性の関連について明らかにしていきます。

② 緻密な環境遮蔽コーティングのAD法による創生
 軽量で耐熱性に優れるSiC繊維強化SiCマトリックス (SiC/SiC) 複合材料を航空機エンジンの高圧タービンなどの高温部材として使用するにあたって、環境遮蔽コーティング(EBC)の適用が検討されています。これは、想定される使用環境が高温の燃焼環境下であり、酸素や水蒸気が含まれることでSiCにおける酸化物や水酸化物の揮散によってSiCの減肉が生じるためです。ただし、一般的なEBCは大気プラズマ溶射法により成膜されているため、形成された層は全てポーラスとなっており、酸素や水蒸気などがボイドを通過して複合材料が酸化するのが問題となっています。そこで、我々は粒子を基材に常温にて衝突させて成膜するエアロゾルデポジション(AD)法に注目しています。ROUTEでは,EBCの構成材料であるムライトにおけるAD法での成膜技術と組織および従来の結合層であるSiや近年新たに提案された結合層である-SiAlONを対象にAD法にてムライトを成膜して、大気熱曝露が成膜した試料の組織に与える影響について実験的に検討します。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門、材料力学、機械加工実習(履修する予定で構いません。)
必要スキル 特に無し
前野 智美  准教授
鋼板およびアルミニウム合金のホットスタンピングに関する研究など
教員メールアドレス ""を"@"に maeno-tomoyoshi-yfynu.ac.jp
定員 各学年1名
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テーマ概要 ① アルミニウム合金の温プレス成形における摩擦に関する研究
自動車では環境保護を目的に電動化が進んでいます.電動化においてはバッテリー積載のため,自動車の軽量化が重要となります.比強度の高い高強度アルミニウム合金の車体への採用が注目されていますが成形性が低い問題があります.本研究室では,加熱条件を限定することによって,温間・熱間プレス成形後でも強度低下が生じない,もしくは人工時効のみで強度が向上するアルミニウム合金のホットスタンピング方法を開発しています.アルミニウム合金は金型に焼付きやすく,特に温間などでは厳しくなります.本プロセスの摩擦や焼付きの温度特性について調査に取り組みたいと思います.
② ダイクエンチによってオースフォームされた鋼の曲げ疲労もしくは靭性評価に関する研究
鋼板のホットスタンピングにおいて,比較的大きなひずみを与えてからタダイクエンチを行うとオースフォームによって,通常のダイクエンチよりも高い硬さを得ることができます.ダイクエンチによってオースフォームされた材料の疲労特性もしくは靭性について調査します.
③ ねじり変形における電気塑性効果発現の検証に関する研究
金属に電流を印加して塑性変形をさせると,変形抵抗の低減効果や延性の向上効果が報告されています.しかしながら,この現象の検証が主に引っ張り変形で検討されており,断面減少によって電流密度の集中がはっせいしてしまうため,電流印加によるジュール発熱の影響を分離しての検討があまりされていません.そこで,断面減少の生じないねじり変形によって検討をおこなうことで,電流密度の集中をさけた検討を行っています.
履修済みであることが望ましい科目 特になし
その他 実験のための治具,機器を設計製作をすることがあるので設計に興味があると良い
大竹 充 准教授
エネルギーに関わる磁性材料の形成技術および評価に関する研究
教員メールアドレス ""を"@"に ohtake-mitsuru-ytynu.ac.jp
定員 各学年1名
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テーマ概要 ① 電源自立型IoTデバイスの実現に向けた環境適合型発電デバイス材料の研究
振動発電デバイスを搭載したワイヤレスIoTデバイスの適用可能範囲は多種多様であり、普及による産業的および社会的波及効果は大きい。例えば、工場の微小振動を伴う機器の温度等のオンライン監視、リモコンの電池フリー化、トンネル内壁や橋などの構造物の異常応力検知による事故防止、大雨や地震などに伴う土砂の微小移動検知による災害発生の予兆通知、養殖漁業における波力駆動型振動発電とセンサを活用した生育環境や育成状況の自動監視、などが可能となる。本研究では、磁歪式振動発電デバイスを実現させるための磁性材料に関する研究を行う。

② 電気自動車用省エネルギーモータの磁気コア材料の研究
地球環境保全のために自動車の電動化が進められており、モータの磁気コアで生じるエネルギー損失の低減が求められている。本研究では、高効率電磁変換特性(省エネルギー)と耐環境性能(低振動、低騒音)を併せ持つ磁気コア材料の研究を行う。

③ モバイル機器の超低消費電力化を実現する磁気抵抗メモリ材料の研究
現在、メモリには半導体の揮発性メモリ(情報維持のために電力が必要)が用いられているが、磁性体を用い、電子の電荷ではなく、スピンを活用した不揮発性メモリ(情報維持のための電力が不要)に置き換えることができれば、モバイル機器などの超低消費電力化を実現することができる。本研究では、スピン注入型磁気抵抗メモリの記録層材料の研究を行う。
履修済みであることが望ましい科目 「基礎結晶学」を履修していることが望ましいが、必須ではない。
必要スキル モノづくりに興味があること
中尾 航 教授
常温型自己治癒機能の速度論解析
教員メールアドレス ""を"@"に nakao-wataru-hyynu.ac.jp
定員 各学年1名(3年は募集無し)
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テーマ概要 水を用いて自己治癒する材料を作製し,機能の評価を行う.

セラミックスは素材劣化が少なく, 耐薬品性に優れるといった特徴がある反面, 靭性が低く割れやすいという欠点があり, 便器などの陶器部材に傷が入ると容易に破壊に至ります. ユーザでも施工が可能な常温での自己治癒が可能になれば, 耐久性が向上し, 巨大な市場にイノベーションをもたらすことが可能です. それだけではなく, これまで応用できなかった部材に用いることが可能になり, 骨折を治すことができる革新的な生体材料や, 自動車でいえば車体自体にすら用いることができるようになると期待できます.
これまでの研究では,セメントの水和反応を用いて常温での自己治癒機能の発現機構を解析してきました.その中で速度論の観点の必要性が見えてきました. 材料の強度回復が生じるには,欠陥の少ない生成物が生じる必要があります.高温では,反応速度が極めて早いため,正反応により生じた濃度ムラが,逆反応により速やかに解消される.しかし,常温では反応速度が遅く,濃度ムラを保持したまま次の反応が進み,強度欠陥につながります.(Fig. 1)
速度論の観点を導入し,より詳細にモデル化することで,これらの競合関係のバランスをとるという,自己治癒材料の新たな設計指針の構築が可能となります.
履修済みであることが望ましい科目 高校化学・材料学入門
必要スキル 特にありません.
2019年度・秋学期
長谷川 誠 准教授
マグネシウム合金の結晶配向制御による変形能の向上
教員メールアドレス ""を"@"に hasegawa-makoto-zyynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要  一般に、マグネシウム合金は実用合金中で最も軽量な合金として知られています。主なマグネシウム合金の結晶構造はhcp構造で、比較的強度は高いものの室温での塑性加工性に乏しいとされています。一方、マグネシウムにリチウムを添加したMg-Li合金は、リチウムを30mol%以上加えることで、hcpの結晶構造からbccへの結晶構造と変化させることができるため、超軽量で室温での塑性加工性に優れた合金となることが知られています。そのため、hcp構造を有するマグネシウム合金では、室温延性の改善のための組織制御が求められ、また、Mg-Li合金においても、より良い加工性のための組織制御が求められています。また、結晶の向きによっても塑性変形能力が異なるため、結晶配向(集合組織)の制御も求められています。特に、結晶構造が常温にて同じ鋼との関連から、(111)面が圧縮した面に平行となっていることが望まれると考えています。
 本研究では、圧延や単軸圧縮変形による結晶の配向を調べるとともに、その後の熱処理により生じる「静的再結晶」での組織および集合組織変化を実験的に検討していきます。また、それらの材料を対象に引張試験を行い、組織や集合組織が引張強度や伸び、深絞り加工の指標となるr値に与える効果を調べていきます。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門、材料力学、機械加工実習
必要スキル 特にありません。
廣澤渉一 教授
実験および計算科学を併用したNi-Al-V系合金の微視的組織ならびに相分解挙動の解明
教員メールアドレス ""を"@"に hirosawaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要  ジェットエンジンのタービンブレードなどに用いられているNi基超合金は、耐熱性や耐高温酸化性に優れており、航空機のエンジン効率のさらなる向上のためにも、その耐用温度をさらに高めることが求められている。Ni-Al系合金は、母相である-Ni相(fcc構造)中に立方体状に析出したγ'-Ni3Al相(L12構造)が、転位のすべり運動の障害物として働くために優れた高温強度を発現し、さらに強度の逆温度依存性を示すことも報告されている(すなわち、~600℃まで強度が低下しないばかりか、かえって~800℃の方が強度に優れる特異な性質を有する)。
 本研究では、Vなどの第三元素を添加したNi-Al系合金の微視的組織ならびに相分解挙動の詳細を、実験および計算科学を併用して明らかにすることを目的とする。具体的には、
1.Ni-Al-V系合金で形成するγ'-Ni3Al相やNi3V相(D022構造)、逆異相境界(APB: anti-phase boundary)などの微視的組織の観察(透過型電子顕微鏡法)
2.その微視的組織の形成過程を推定するための状態図計算(Calphad法)
3.微視的組織の形成過程の素過程を再現するシミュレーションモデルの構築(モンテカルロ法またはフェーズフィールド法)
を行うことを計画している。
 なお、本研究は機器分析評価センターの谷村 誠先生と共同で行う予定であり、今期終了後も引き続き本テーマにてROUTEに参画、または卒業論文として研究継続を希望する学生を歓迎したいと思います。
履修済みであることが望ましい科目 熱力学、金属組織学・演習I, II(ただし、1, 2年生はこれから履修すればOKです)
必要スキル 特に必要ありませんが、実験だけでなく、計算機シミュレーションにも興味がある学生が望ましいです。
その他 谷村先生以外にも、他大学の先生や学生、企業の研究者と議論する機会を設ける予定です。世の中の役に立つ材料を創製し、是非ものつくりを通して自分の能力を高めて下さい。
前野 智美 准教授
屈防止ジグを用いた鋼板の面方向圧縮を用いた部分増肉ホットスタンピングにおける導入ひずみが焼入れ硬さに及ぼす影響の調査
教員メールアドレス ""を"@"に maeno-tomoyoshi-yfynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 自動車では衝突安全性と軽量化を両立するために,超高張力鋼部材の車体への採用が増えています.しかしながら,超高張力鋼板は強度が高いためスプリングバックが大きく,延性も低いためプレス成形が非常に難しくなっています.そこで,超高張力鋼部材を形状凍結性良く成形できる技術としてホットスタンピングが注目されています.900°C程度に加熱した焼入れ用鋼板をプレス成形するとともに,金型で数秒挟み込んで急冷することによって金型内で焼入れによる高強度化します.ホットスタンピングでは引張強さで1.5GPa相当の部材がスプリングバックなしで得られます.
ホットスタンピングではさらなる軽量化のために,焼入れ部分の制御や板厚の異なる材料を用いたテーラードホットスタンピングなどが開発され,自動車に適用されている.本研究室では成形中に部分的な増肉を行う部分増肉テーラードホットスタンピングを開発している.このホットスタンピングでは増肉だけでなく,オースフォームによる組織微細化で高強度化も可能になっている.導入ひずみと得られる硬さの関係を調査するために,座屈防止ジグを用いて鋼板の面方向圧縮を行う.
履修済みであることが望ましい科目 機械要素設計製図,機械加工実習,材料力学,加工学
必要スキル 生産加工に興味のある人,金型等の設計や製作に興味のある人
向井剛輝 教授
コロイド型量子ドットを用いる高効率量子ドット超格子太陽電池の研究
教員メールアドレス ""を"@"に mukai-kohki-cvynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要  本研究室では、70%以上のエネルギー変換効率が理論予測されている量子ドット超格子太陽電池を、コロイド型量子ドットで実現する研究を行っています(下図)。量子ドット超格子とは、高均一な量子ドットを3次元的に最密充填した構造です。また、コロイド型量子ドットとは、フラスコ中で化学合成によって作製する直径5nm程度の半導体微結晶のことです。これまで精力的に研究されてきた、エピタキシャル型量子ドットを用いた超格子の製造方法は、結晶の無転位化と量子ドットの均一化が限界に達しており、ブレークスルーが求められています。我々はこれまで、コロイド型量子ドットを溶媒中でテンプレート上に沈降させて3次元配列させ、量子ドット超格子を作製する技術を研究してきました。現在、実際に良好な量子ドット超格子が出来つつあります。ROUTEでは、このコロイド型量子ドット超格子を用いて、実際に太陽電池を試作する研究を手伝ってくれる人を募集します。グローブボックス中での太陽電池の試作や、最適構造を設計するための理論計算などを手伝ってもらう見込みです。
履修済みであることが望ましい科目 特になし
必要スキル 特になし
その他 現時点で関連分野の知識を全く持っていなくても、学んでいく意欲さえあれば大丈夫です。積極的にやる気のある人を募集します。
中尾 航 教授
貝殻の構造を模倣した新たな強化プラスチック材料の開発
教員メールアドレス ""を"@"に Nakao-wataru-hyynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 これまでの強化プラスチックは、炭素繊維やガラス繊維などの強化相を複合することにより、母材であるプラスチックを大幅に超える強度を有する材料を創出してきた。
しかしながら、天然の素材はむしろ自分よりも弱い(もいくは軟らかい)物質を複合することにより強化されている。例えば、貝殻は、リン酸カルシウム系の高強度な物質の間をたんぱく質相が間を埋めることで極めて強い材料となっている。その結果、オウム貝などは、貝殻の中を1気圧に保ったまま、深海800mまで潜水することが可能である。
本研究では、硬質な熱硬化性樹脂と軟質な熱可塑性樹脂を組み合わせることで、一般的な複合則を超える新たな強化プラスチックの創出を目指す。具体的には、両相の弾性率比、積層厚さ比などのパラメータを変化させた試料を試作し、強度測定および破壊挙動を調査し、目的とする材料を創出するとともに、強化機構を構築することを目的とする。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門
必要スキル 特になし
中津川 博 准教授
熱電素子を付与した金属屋根の温度差発電の検討とその性能評価
教員メールアドレス ""を"@"に nakaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 異種金属や半導体セラミックスなどのp型材料とn型材料を直列に結合した素子を熱電素子と云います。熱電素子は、熱を電気に直接変換するゼーベック効果と電流を流して一方向に冷却/加熱するペルチェ効果を特徴とします。熱電素子の魅力は、構造が単純で小型軽量、機械的な駆動部分が無く静謐であり、出力電流密度が大きいという利点が挙げられ、石油・石炭・ガスなどの一次エネルギーの内、環境に放出されている66%の廃熱を回収する技術として注目を集めています。特に、廃熱の多くは40~200℃の熱エネルギーであり、現状の技術では再利用困難とされ、廃棄されているエネルギーを熱電素子で電気に変換し廃熱の一部を再利用する技術は、持続可能社会を構築する上で鍵になると考えられます。ROUTEの研究では、熱電素子を付与した金属屋根を用いて、実際に、室内外の温度差から熱電発電し、その性能評価の研究に参画します。
履修済みであることが望ましい科目 固体電子論, 統計物理学, 電磁物性
必要スキル 座学・学生実験で身に付けた技術・知識のみで十分です。
大竹 充 准教授
磁性合金エピタキシャル単結晶薄膜の形成と構造制御技術の研究
教員メールアドレス ""を"@"に ohtake-mitsuru-ytynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 エネルギー消費拡大に伴い、地球温暖化が深刻な問題となっており、今後、エネルギーの効率的利用が必要不可欠となってきます。本研究室では、磁性を中心とした材料をナノから原子レベルで構造制御した状態で作製することにより、材料が潜在的に持つ性質を引き出し、また、磁気的相互作用や電子スピン状態の制御を行っています。そして、
・モータやトランスなどのエネルギー変換機器の高効率化を実現する材料
・低消費電力の次世代メモリ・ストレージで情報記録を担う材料
・IoT機器のワイヤレス化を実現する発電デバイスで活用される材料
などの開発に取り組んでいます。ROUTEでは、超高真空仕様の材料形成装置を用いて、これらの応用で用いるための磁性合金材料の単結晶薄膜の形成技術と構造制御技術に関して研究を行います。
履修済みであることが望ましい科目 物理および化学の初歩的な知識があることが望ましい。
必要スキル モノづくりに興味があること
鈴木淳史 教授
ハイドロゲルを用いた生体質感モデルの作製
教員メールアドレス ""を"@"に asuzukiynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 ハイドロゲルの持つユニークな性質を医療や医工学分野での実用に供するために、安価で安全性の高いポリビニルアルコール(PVA)ゲルを用いて、ゲルの持つ質感(触感としての荒さ・硬さ・滑らかさなど)を自由に制御するために、材料工学の観点からその基礎を築くことを目的とする。
工業材料分野では、これまでに製品に触感という新たな付加価値を付与する技術が多数開発されてきたが、膨潤ゲルを対象として様々な質感を考慮した素材開発は見当たらない。本研究では、これまでに報告されているPVAの多様なゲル化方法の複合化により、様々な質感を持つ物理架橋PVAゲルを作製する。さらに、網目の構造安定性の向上のために化学架橋点を導入して、ゲルの膨潤比・力学強度・摩擦係数の3つの基礎物性の制御方法を検討し、官能試験の結果と比較して質感との相関を調べる。実験データをゲルの基礎科学に基づいて解析し、医用材料分野におけるゲルの生体質感モデルの開発などの実用研究を先導する提案を行うことを目的とする。
履修済みであることが望ましい科目 物理化学、材料力学、熱学・統計力学など、工学系の基礎科目
必要スキル 上記の基礎科学に十分な知識があり、材料の作製や実験解析などに興味がある方
田中良巳 准教授
ソフトマテリアルの観点から見る樹木の形と変形
教員メールアドレス ""を"@"に tanaka-yoshimi-vmynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 樹木,とくに,枝葉の部分の振動モードの解析をするとともに,各部位の粘弾性測定をおこない,振動減衰の機構を実験的に明らかにする.
研究の学問的背景は以下の通りである.木のデザイン(外部形態および組織)は,その出現以来数億年にわたる進化の産物であり,自重を支える力学構造としても,また,水分や養分を個体全体に配分する輸送系としても,理にかなったものである。特に,枝は木の形に地表に沿う方向への広がりを与え,それから発生する葉たちが全体として効率的に光を受けることを可能とする。 一方で,こうした枝葉の有り様は,雨・風・雪などによる余剰の力学的負荷を枝自身や幹に強いることになる。各個体の非常に長い寿命を考慮するならば,木のデザインにはこうした長期にわたる力学的擾乱を上手に受け流すことで,疲労破壊による倒壊等の致命的な事象を回避する秘訣が備わっている事は確かであろう。
こうした木のデザインの力学的意義を,従来の関連研究におけるような構造力学的視点に加え,「枝構造のネットワーク解析」,「枝ごとの振動モードの違いとその相互作用」,「粘弾性体としての葉部の粘弾性特性」をキーワードに探求する.
履修済みであることが望ましい科目 大学1年生で習う物理と数学.とくに力学と微積分・線形代数.
必要スキル パソコンの操作になれていることが望ましいが,必要なスキルは始動する.
梅澤 修 教授
炭素の存在状態が異なる炭素鋼の加熱にともなう鋼中炭素の存在状態評価
教員メールアドレス ""を"@"に umezawa-osamu-fvynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 微小球反発硬さ試験は、特定の物性値や化学状態を直接的に分析する手法でないものの、評価数値と材料の物性との関係を対応づけることができれば、オンサイトで動的に硬さの簡易的評価が可能となる。ナノインデンテーション試験やビッカース硬さ試験などの押込み試験法と異なり、塑性変形の影響を無視できる測定方法であることから、材料の弾性的性質をより正確に反映できる。さらに、一般的な硬さ試験に比して剛性の変化を拡大して(高分解能で)捉えられることから、鋼中の炭素の拡散や存在状態のような材料の温度等による構造変化を動的に捉える実験方法への適用が期待できる。その実現ためには、その場測定における材料の環境擾乱因子を排除する測定環境の開発と、測定値のキャリブレーションや一般的な硬さ試験との対応関係など、指標として用いる上での裏付けを得ることが必要である。
本研究は、極低炭素鋼時効材、炭素の存在状態が異なる炭素鋼を用い、加熱にともなう鋼中炭素の存在状態を微小球反発硬さ試験により評価して検討を行う。
履修済みであることが望ましい科目 金属組織学I、金属組織学II
2019年度・春学期
長谷川 誠 准教授
TiAl系合金のβ相析出の制御に基づいた常温力学特性の向上
教員メールアドレス ""を"@"に hasegawa-makoto-zyynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 高比強度・高温構造材料の候補材としてTiAl系合金が注目されてから20年以上が経過しています。近年、米国にて民間航空機用ジェットエンジンの低圧タービン部への適用が報告されていますが、鋳造によるものであり、未だTiAl系合金の実用化は限定的です。力学特性を向上させるとして最も注目されている組織としては、ラメラ組織を有する(α2+γ)2相TiAl系合金であり、異なる組成や元素の添加、熱処理による力学特性の向上が試みられています。近年、ラメラ界面に軟らかいβ相を析出させることによってフルラメラ組織を有するTiAl系合金の破壊靭性が向上することが見出されています。しかしながら、熱処理条件によるβ相の析出状態やラメラ組織の状態は未だ十分に把握されておらず、また、組織と力学特性との対応も系統的に把握できていないのが現状です。
ROUTEにおいては、異なる組成のTiAl系合金を対象に熱処理により組織制御を行うとともに、常温における強度の評価や材料の壊れにくさの指標である破壊靱性の測定を行い、熱処理条件と組織の関係や組織と力学特性の関連について明らかにすることを試みます。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門、材料力学、機械加工実習(履修する予定で構いません。)
必要スキル 特に無し
廣澤渉一 教授
アルミニウムの高剛性化を図る合金設計および熱処理方案の構築
教員メールアドレス ""を"@"に hirosawaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 自動車車体の軽量化のためには、従来の鉄系材料に代わってアルミニウム合金を適用することが有効である。しかしながら、アルミニウム合金は軽量、高比強度でありながら剛性が低いという問題があり、これがサスペンションやブレーキキャリパーなどの変形が許されない部品、すなわち剛性設計が支配的な部品への適用を妨げている。一般に、単に剛性を向上させるだけであれば、部品サイズや形状を変更すればよいが、これらの部品は限られたスペースに収めなければならず、現状の弾性定数のままではアルミニウム合金に材料置換するのは困難なことが多い。したがって、もし高剛性なアルミニウム合金を開発できれば、自動車部品のみならず多くの構造部材にも適用でき、アルミニウム素材のさらなる需要拡大にもつながるものと期待される。
本研究室では自動車メーカーと共同研究を実施し、アルミニウムに亜鉛や銅、銀、リチウムなどを添加して時効処理を施すことで、アルミニウムのヤング率や剛性率が1割以上向上することを見出した。 例えば、Al-20mass%Zn-4mass%Cu合金(比重3.25gcm-3)を373-443Kで時効処理すると、時効時間の増加に伴って弾性定数が増加し、ヤング率でE=65→71GPa、剛性率でG=24→26.5GPaの剛性向上が確認された。これはCu4ZnやCuAl2などの析出物が形成するためであり、その体積率Vfと両弾性定数の間には、時効温度に依らずE=0.0169Vf2-0.0305Vf+65.3、G=0.0063Vf2+0.0041Vf+24.0の関係があることを初めて明らかにした。そのため、この弾性定数の体積率依存性を表す式を用いれば、所望の弾性定数を有する新規アルミニウム合金を開発することも可能となる。本研究では、これまでに得られたAl-Zn-Cu、Al-Zn-Ag、Al-Cu-Ag合金の剛性向上に関する知見を活かして、さらに組成や時効処理条件を最適化することで、最終的にE=80GPa、G=30GPaを大きく超える合金を開発することを目的とする。
履修済みであることが望ましい科目 熱力学、金属組織学・演習I(ただし、新2年生は秋学期に履修すればOKです)
必要スキル 特になし
その他 他大学の教員や学生、企業の研究者と議論する機会を設ける予定です。世の中の役に立つ材料を創製し、ものつくりを通してぜひ自分の世界や能力を広げて下さい。
前野 智美 准教授
アルミニウム合金の温・熱間プレス成形における摩擦の検討
教員メールアドレス ""を"@"に maeno-tomoyoshi-yfynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 自動車では環境保護を目的にハイブリッド化および電動化が進んでいます.電動化においてはバッテリーを積載するため,これまで以上に自動車の軽量化が必要となります.そのため,比強度の高い高強度アルミニウム合金の車体への採用が注目されています.2000系および7000系アルミニウム合金は比強度が優れており,自動車への適用が期待されますが,時効硬化されている材料の延性は低く,プレス成形がほとんどできません.そのため,プレス成形後に溶体化処理,人工時効処理をおこなっており,高コストなため利用が航空機などに限定されています.板材を加熱して延性を向上させてプレス成形することも考えられますが,熱処理型アルミニウム合金の場合,この加熱によって成形後の強度が下がってしまいます.本研究室では,加熱条件を限定することによって,温間・熱間プレス成形後でも強度低下が生じない,もしくは人工時効のみで強度が向上するアルミニウム合金のホットスタンピング方法を開発しています.
アルミニウム合金は金型に焼付きやすく,特に温間などでは厳しくなります.
そこで,本プロセスの摩擦や焼付きの温度特性について調査に取り組みたいと思います.
履修済みであることが望ましい科目 特になし
必要スキル 車など乗り物が好きな人,生産加工に興味のある人
その他 車など乗り物が好きな人,生産加工に興味のある人
向井剛輝 教授
コロイド型量子ドットを用いる高効率量子ドット超格子太陽電池の研究
教員メールアドレス ""を"@"に mukai-kohki-cvynu.ac.jp
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テーマ概要 本研究室では、70%以上のエネルギー変換効率が理論予測されている量子ドット超格子太陽電池を、コロイド型量子ドットで実現する研究を行っています。量子ドット超格子とは、高均一な量子ドットを3次元的に最密充填した構造です。また、コロイド型量子ドットとは、フラスコ中で化学合成によって作製する直径5nm程度の半導体微結晶のことです。これまで精力的に研究されてきた、エピタキシャル型量子ドットを用いた超格子の製造方法は、結晶の無転位化と量子ドットの均一化が限界に達しており、ブレークスルーが求められています。我々はこれまで、コロイド型量子ドットを溶媒中でテンプレート上に沈降させて3次元配列させ、量子ドット超格子を作製する技術を研究してきました。現在、実際に良好な量子ドット超格子が出来つつあります。ROUTEでは、このコロイド型量子ドット超格子を用いて、実際に太陽電池を試作する研究を手伝ってくれる人を募集します。グローブボックス中での太陽電池の試作や、最適構造を設計するための理論計算などを手伝ってもらう見込みです。
履修済みであることが望ましい科目 特になし
必要スキル 特になし
その他 現時点で関連分野の知識を全く持っていなくても、学んでいく意欲さえあれば大丈夫です。積極的にやる気のある人を募集します。
中尾 航 教授
貝殻の構造を模倣した新たな強化プラスチック材料の開発
教員メールアドレス ""を"@"に Nakao-wataru-hyynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 これまでの強化プラスチックは、炭素繊維やガラス繊維などの強化相を複合することにより、母材であるプラスチックを大幅に超える強度を有する材料を創出してきた。
しかしながら、天然の素材はむしろ自分よりも弱い(もいくは軟らかい)物質を複合することにより強化されている。例えば、貝殻は、リン酸カルシウム系の高強度な物質の間をたんぱく質相が間を埋めることで極めて強い材料となっている。その結果、オウム貝などは、貝殻の中を1気圧に保ったまま、深海800mまで潜水することが可能である。
本研究では、硬質な熱硬化性樹脂と軟質な熱可塑性樹脂を組み合わせることで、一般的な複合則を超える新たな強化プラスチックの創出を目指す。具体的には、両相の弾性率比、積層厚さ比などのパラメータを変化させた試料を試作し、強度測定および破壊挙動を調査し、目的とする材料を創出するとともに、強化機構を構築することを目的とする。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門
必要スキル 特になし
中津川 博 准教授
熱電モジュールの実用化への検討およびその性能評価
教員メールアドレス ""を"@"に nakaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 異種金属や半導体セラミックスなどのp型材料とn型材料を直列に結合した素子を熱電素子と云います。熱電素子の特徴は、熱を電気に直接変換するゼーベック効果と電流を流して一方向に冷却/加熱するペルチェ効果があります。熱電素子の魅力は、構造が単純で小型軽量、機械的な駆動部分が無く静謐であり、出力電流密度が大きいという利点が挙げられます。しかし、温度差を利用した発電である為、燃料電池や太陽電池と比較すると、エネルギー変換効率が低いという問題点があり、変換効率を向上させる為の材料開発研究が当研究室を含め世界中で繰り広げられています。具体的には、自動車への熱電応用が期待されています。マフラー、エンジン外壁やターボチャージャーからの300~650℃の排熱を熱電素子と熱交換器を用いて電力に変換して、回収した電力をバッテリーに充電しエアコンの駆動などに利用すれば、燃費改善に役立ちます。ROUTEの研究では、実際にp型とn型の熱電素子から構成される熱電モジュールの性能評価を行って、変換効率向上と実用化に繋がる研究を体験します。
履修済みであることが望ましい科目 固体電子論, 統計物理学, 電磁物性
必要スキル 特にありません。研究室のメンバーと一緒に新しい知識を身に付けましょう。
梅澤 修 教授
火縄銃の金属組織から推定する鋼の鍛錬
教員メールアドレス ""を"@"に umezawa-osamu-fvynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 火縄銃に関する著書は多いが,そのほとんどが鉄砲伝来や内部構造・機構に関するものである。近年、火縄銃の金属組織の光学顕微鏡観察と炭素量分析、残留応力X線解析などの報告がなされ、分散する非金属介在物の同定や製造法についての推定がなされるなど、科学的な視点から専門的解析が試みられている。しかし、いずれも断片的な分析にならざるを得ないことから、金属組織学および加工熱処理の検証を踏まえた工程の推測と、推測を裏付ける結晶学的解析が必要である。軟鋼と硬鋼を貼り合わせて鍛造する基本的手法を念頭に置き、火縄銃の銃身を切断して解析に供するとともに、現代の鋼を用いた折り返し鍛錬のモデル実験を踏まえ、結晶学的解析を行う。
履修済みであることが望ましい科目 金属組織学・演習Ⅰ,金属組織学・演習Ⅱ
必要スキル 機械加工,研磨・検鏡
大竹 充 准教授
磁性合金エピタキシャル単結晶薄膜の形成と構造制御技術の研究
教員メールアドレス ""を"@"に ohtake-mitsuru-ytynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 エネルギー消費拡大に伴い、地球温暖化が深刻な問題となっており、今後、エネルギーの効率的利用が必要不可欠となってきます。本研究室では、磁性を中心とした材料をナノから原子レベルで構造制御した状態で作製することにより、材料が潜在的に持つ性質を引き出し、また、磁気的相互作用や電子スピン状態の制御を行っています。そして、
・モータやトランスなどのエネルギー変換機器の高効率化を実現する材料
・低消費電力の次世代メモリ・ストレージで情報記録を担う材料
・IoT機器のワイヤレス化を実現する発電デバイスで活用される材料
などの開発に取り組んでいます。ROUTEでは、超高真空仕様の材料形成装置を用いて、これらの応用で用いるための磁性合金材料の単結晶薄膜の形成技術と構造制御技術に関して研究を行います。
履修済みであることが望ましい科目 物理および化学の初歩的な知識があることが望ましい。
必要スキル モノづくりに興味があること
2018年度・秋学期
大竹 充 准教授
磁性合金エピタキシャル単結晶薄膜の形成と構造制御技術の研究
教員メールアドレス ""を"@"に ohtake-mitsuru-ytynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要  エネルギー消費拡大に伴い、地球温暖化が深刻な問題となっており、今後、エネルギーの効率的利用が必要不可欠となってきます。本研究室では、磁性を中心とした材料をナノから原子レベルで構造制御した状態で作製することにより、材料が潜在的に持つ性質を引き出し、また、磁気的相互作用や電子スピン状態の制御を行っています。そして、
・モータやトランスなどのエネルギー変換機器の高効率化を実現する材料
・低消費電力の次世代メモリ・ストレージで情報記録を担う材料
・IoT機器のワイヤレス化を実現する発電デバイスで活用される材料
などの開発に取り組んでいます。ROUTEでは、超高真空仕様の材料形成装置を用いて、これらの応用で用いるための磁性合金材料の単結晶薄膜の形成技術と構造制御技術に関して研究を行います。
履修済みであることが望ましい科目 物理および化学の初歩的な知識があることが望ましい。
必要スキル モノづくりに興味があること
中津川 博 准教授
熱電モジュールの実用化への検討およびその性能評価
教員メールアドレス ""を"@"に nakaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要  異種金属や半導体セラミックスなどのp型材料とn型材料を直列に結合した素子を熱電素子と云います。熱電素子の特徴は、熱を電気に直接変換するゼーベック効果と電流を流して一方向に冷却/加熱するペルチェ効果があります。熱電素子の魅力は、構造が単純で小型軽量、機械的な駆動部分が無く静謐であり、出力電流密度が大きいという利点が挙げられます。しかし、温度差を利用した発電である為、燃料電池や太陽電池と比較すると、エネルギー変換効率が低いという問題点があり、変換効率を向上させる為の材料開発研究が当研究室を含め世界中で繰り広げられています。具体的には、自動車への熱電応用が期待されています。マフラー、エンジン外壁やターボチャージャーからの300~650℃の排熱を熱電素子と熱交換器を用いて電力に変換して、回収した電力をバッテリーに充電しエアコンの駆動などに利用すれば、燃費改善に役立ちます。ROUTEの研究では、実際にp型とn型の熱電素子から構成される熱電モジュールの性能評価を行って、変換効率向上と実用化に繋がる研究を体験します。
履修済みであることが望ましい科目 固体電子論, 統計物理学, 電磁物性
必要スキル 特にありません。研究室のメンバーと一緒に新しい知識を身に付けましょう。
中尾 航 教授
新たな価値を創造する新規自己治癒材料の創出
教員メールアドレス ""を"@"に nakao-wataru-hyynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要  これまでに研究・開発されてきた自己治癒材料と異なり、強度などの力学機能以外の機能を自己修復し、今後の社会に新らたな価値をもたらす新しい自己治癒材料のコンセプト確立を目指します。

 具体的には、連携企業から提供された試料について、その損傷状況を調査するとともに、その損傷による機能減衰機構を解析します。得られた知見を基に、損傷を回復するための最適な化学反応の探索を実施します。
必要スキル とにかく人間的にタフであること。
向井剛輝 教授
コロイド型量子ドットを用いる高効率量子ドット超格子太陽電池の研究
教員メールアドレス ""を"@"に mukai-kohki-cvynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要  本研究室では、70%以上のエネルギー変換効率が理論予測されている量子ドット超格子太陽電池を、コロイド型量子ドットで実現する研究を行っています(下図)。量子ドット超格子とは、高均一な量子ドットを3次元的に最密充填した構造です。また、コロイド型量子ドットとは、フラスコ中で化学合成によって作製する直径5nm程度の半導体微結晶のことです。これまで精力的に研究されてきた、エピタキシャル型量子ドットを用いた超格子の製造方法は、結晶の無転位化と量子ドットの均一化が限界に達しており、ブレークスルーが求められています。我々はこれまで、コロイド型量子ドットを溶媒中でテンプレート上に沈降させて3次元配列させ、量子ドット超格子を作製する技術を研究してきました。現在、実際に良好な量子ドット超格子が出来つつあります。ROUTEでは、このコロイド型量子ドット超格子を用いて、実際に太陽電池を試作する研究を手伝ってくれる人を募集します。グローブボックス中での太陽電池の試作や、最適構造を設計するための理論計算などを手伝ってもらう見込みです。
履修済みであることが望ましい科目 特になし
必要スキル 特になし
その他 現時点で関連分野の知識を全く持っていなくても、学んでいく意欲さえあれば大丈夫です。積極的にやる気のある人を募集します。
廣澤渉一 教授
窒化物セラミックスと銅の活性金属接合に使用する銀ろうの熱的データの定量評価
教員メールアドレス ""を"@"に hirosawaynu.ac.jp
定員 1名
テーマ概要  優れた耐熱性や力学特性を有するセラミックスは,電子回路用の基板として使用されているが,熱伝導性に優れた銅などの金属材料と接合する必要がある.代表的な異種材料接合法であるろう付け法では,通常のろう材がもつセラミックスに対する濡れ性が低く,一度セラミックス表面を金属膜で覆うためのメタライズという加熱処理を経てから,ろう付けを行わなければならない.それに対して,本研究で扱う活性金属接合法は,ろう材に反応性の高いTiなどを添加することで,ろう付け中にそれらの活性金属がセラミックスと反応,表面をメタライズしてろう材の濡れ性を改善することができる.しかしながら,ろう材中の活性金属の働きは明らかになっておらず,溶融ろう材中の活性金属の化学ポテンシャルや活量などの熱的データすらわかっていない.そこで本研究では,窒化物セラミックスと銅の活性金属接合における,銀ろう(Ag-Cu系合金)中の活性金属Tiの熱的データの組成依存性や温度依存性をCALPHAD法により定量評価し,より低温でメタライズ可能な新規銀ろう合金を提案,実用化することを目的とする.
履修済みであることが望ましい科目 熱力学
必要スキル 開始時点では特に必要としないが,状態図計算(CALPHAD法)などの計算材料学に興味のある学生が好ましい.
その他 研究室所属の4年生と一緒に研究を実施する予定です。また、他大学の教員や学生,企業の研究者と議論する機会もあります.世の中の役に立つ材料を創製し,ものつくりを通してぜひ自分の世界や能力を広げて下さい.
長谷川 誠 准教授
マグネシウム合金の高温における変形特性
教員メールアドレス ""を"@"に hasegawa-makoto-zyynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要  一般に、マグネシウム合金は実用合金中で最も軽量な合金として知られています。主なマグネシウム合金の結晶構造はhcp構造で、比較的強度は高いものの室温での塑性加工性に乏しいとされています。一方、マグネシウムにリチウムを添加したMg-Li合金は、リチウムを30mol%以上加えることで、hcpの結晶構造からbccへの結晶構造と変化させることができるため、超軽量で室温での塑性加工性に優れた合金となることが知られています。そのため、hcp構造を有するマグネシウム合金では、室温延性の改善のための組織制御が求められ、また、Mg-Li合金においても、より良い加工性のための組織制御が求められています。また、結晶の向きによっても塑性変形能力が異なるため、結晶配向(集合組織)の制御も求められています。そのため、高温での変形による組織制御の手法が考えられてきました。
 本研究では、添加され固溶している原子の原子寸法差に着目し、マグネシウムにおける固溶体合金での高温変形挙動や組織形成、結晶配向に与える影響について実験的に検討していきます。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門、材料力学、機械加工実習
必要スキル 切削、研磨などができることが望ましい。
前野 智美 准教授
アルミニウム合金の温・熱間プレス成形における金型コーティングおよび潤滑剤の検討
教員メールアドレス ""を"@"に maeno-tomoyoshi-yfynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要  自動車では環境保護を目的にハイブリッド化および電動化が進んでいます.電動化においてはバッテリーを積載するため,これまで以上に自動車の軽量化が必要となります.そのため,比強度の高い高強度アルミニウム合金の車体への採用が注目されています.2000系および7000系アルミニウム合金は比強度が優れており,自動車への適用が期待されますが,時効硬化されている材料の延性は低く,プレス成形がほとんどできません.そのため,プレス成形後に溶体化処理,人工時効処理をおこなっており,高コストなため利用が航空機などに限定されています.板材を加熱して延性を向上させてプレス成形することも考えられますが,熱処理型アルミニウム合金の場合,この加熱によって成形後の強度が下がってしまいます.本研究室では,加熱条件を限定することによって,温間・熱間プレス成形後でも強度低下が生じない,もしくは人工時効のみで強度が向上するアルミニウム合金のホットスタンピング方法を開発しています.
 自動車の生産では骨格を組み立てた後に焼付け塗装を行っており,骨格は170℃くらいの温度に20分間程度さらされます.従って,開発中のホットスタンピングにおける板材加熱方法もこの焼付け塗装工程の加熱を踏まえた加熱条件の最適化が必要になります.今期のROUTEでは自動車生産全体を踏まえた板材加熱条件について研究してもらいます.
企業との共同研究の一部であり,企業の研究者との打合せにも参加して,経験値を高めてください.
履修済みであることが望ましい科目 特になし
必要スキル 車など乗り物が好きな人,生産加工に興味のある人
その他 車など乗り物が好きな人,生産加工に興味のある人
2018年度・春学期
長谷川 誠 准教授
TiAl系合金の熱処理による組織制御とその力学特性
教員メールアドレス ""を"@"に hasegawa-makoto-zyynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 高比強度・高温構造材料の候補材としてTiAl系合金が注目されてから20年以上が経過しています。近年、米国にて民間航空機用ジェットエンジンの低圧タービン部への適用が報告されていますが、未だTiAl系合金の実用化は限定的です。最も注目されているのはラメラ組織を有する(α2+γ)2相TiAl系合金であり、異なる組成や元素の添加、熱処理による力学特性の向上が試みられています。近年、ラメラ界面にβ相を析出させることによってフルラメラ組織を有するTiAl系合金の破壊靭性を向上させることが出来ると考えられています。実際、熱処理によって相を析出させたTi-45Al-10V合金においては、ビッカース圧子の押し込みによってもき裂の発生および進展が抑制できることが明らかとなっています。しかしながら、熱処理条件による相の析出状態やラメラ組織の状態は未だ十分に把握されておらず、また、組織と力学特性との対応も系統的に把握できていないのが現状です。
ROUTEにおいては、異なる組成のTiAl系合金を対象に熱処理により組織制御を行うとともに、常温での3点曲げ試験による強度評価やシェブロンノッチを導入した3点曲げ試験による破壊靱性の測定を行い、熱処理条件と組織の関係や組織と力学特性の関連について明らかにすることを試みます。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門、材料力学、機械加工実習
必要スキル 特に無し
廣澤渉一 教授
アルミニウムの高剛性化を図る合金設計および熱処理方案の構築
教員メールアドレス ""を"@"に hirosawaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 自動車車体の軽量化のためには、従来の鉄系材料に代わってアルミニウム合金を適用することが有効である。しかしながら、アルミニウム合金は軽量、高比強度でありながら剛性が低いという問題があり、これがサスペンションやブレーキキャリパーなどの変形が許されない部品、すなわち剛性設計が支配的な部品への適用を妨げている。一般に、単に剛性を向上させるだけであれば、部品サイズや形状を変更すればよいが、これらの部品は限られたスペースに収めなければならず、現状の弾性定数のままではアルミニウム合金に材料置換するのは困難なことが多い。したがって、もし高剛性なアルミニウム合金を開発できれば、自動車部品のみならず多くの構造部材にも適用でき、アルミニウム素材のさらなる需要拡大にもつながるものと期待される。
本研究室では自動車メーカーと共同研究を実施し、アルミニウムに亜鉛や銅、銀、リチウムなどを添加して時効処理を施すことで、アルミニウムのヤング率や剛性率が1割以上向上することを見出した。 例えば、Al-20mass%Zn-4mass%Cu合金(比重3.25gcm-3)を373-443Kで時効処理すると、時効時間の増加に伴って弾性定数が増加し、ヤング率でE=65→71GPa、剛性率でG=24→26.5GPaの剛性向上が確認された。これはCu4ZnやCuAl2などの析出物が形成するためであり、その体積率Vfと両弾性定数の間には、時効温度に依らずE=0.0169Vf2-0.0305Vf+65.3、G=0.0063Vf2+0.0041Vf+24.0の関係があることを初めて明らかにした。そのため、この弾性定数の体積率依存性を表す式を用いれば、所望の弾性定数を有する新規アルミニウム合金を開発することも可能となる。本研究では、これまでに得られたAl-Zn-Cu、Al-Zn-Ag、Al-Cu-Ag合金の剛性向上に関する知見を活かして、さらに組成や時効処理条件を最適化することで、最終的にE=80GPa、G=30GPaを大きく超える合金を開発することを目的とする。
履修済みであることが望ましい科目 熱力学
必要スキル 特になし
その他 他大学の教員や学生、企業の研究者と議論する機会を設ける予定です。世の中の役に立つ材料を創製し、ものつくりを通してぜひ自分の世界や能力を広げて下さい。
前野 智美 准教授
アルミニウム合金の温・熱間プレス成形における金型コーティングおよび潤滑剤の検討
教員メールアドレス ""を"@"に maeno-tomoyoshi-yfynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 自動車では環境保護を目的にハイブリッド化および電動化が進んでいます.特に,ヨーロッパにおいては内燃機関のみの自動車に関する規制が発表されており,電動化が強く注目されています.電動化においてはバッテリーを積載するため,これまで以上に自動車の軽量化が必要となります.そのため,比強度の高いアルミニウム合金の車体への採用が注目されており,これまでは航空機への採用が主であった2000系および7000系高強度アルミニウム合金の採用が注目されています.しかしながらこれらの材料は延性が低く形状凍結生も悪いため冷間でのプレス成形は難しくなっております.そこでこれらのアルミニウム合金板のホットスタンピングが検討されていますが,熱間においてはアルミニウム合金板は焼付きが生じ易く,成形において潤滑剤が必須となっています.しかしながら,潤滑剤の選定によっては成形後の耐腐食性が低下する場合があり,潤滑剤の選定は重要です.
本研究テーマでは高強度アルミニウム合金のホットスタンピングにおいて,金型表面処理および潤滑方法について検討します.
履修済みであることが望ましい科目 機械要素設計製図,機械加工実習,材料力学,加工学
必要スキル 生産加工に興味のある人,金型等の設計や製作に興味のある人
向井剛輝 教授
コロイド型量子ドットを用いる高効率量子ドット超格子太陽電池の研究
教員メールアドレス ""を"@"に mukai-kohki-cvynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 本研究室では、70%以上のエネルギー変換効率が理論予測されている量子ドット超格子太陽電池を、コロイド型量子ドットで実現する研究を行っています(下図)。量子ドット超格子とは、高均一な量子ドットを3次元的に最密充填した構造です。また、コロイド型量子ドットとは、フラスコ中で化学合成によって作製する直径5nm程度の半導体微結晶のことです。これまで精力的に研究されてきた、エピタキシャル型量子ドットを用いた超格子の製造方法は、結晶の無転位化と量子ドットの均一化が限界に達しており、ブレークスルーが求められています。我々はこれまで、コロイド型量子ドットを溶媒中でテンプレート上に沈降させて3次元配列させ、量子ドット超格子を作製する技術を研究してきました。現在、実際に良好な量子ドット超格子が出来つつあります。ROUTEでは、このコロイド型量子ドット超格子を用いて、実際に太陽電池を試作する研究を手伝ってくれる人を募集します。グローブボックス中での太陽電池の試作や、最適構造を設計するための理論計算などを手伝ってもらう見込みです。
履修済みであることが望ましい科目 特になし
必要スキル 特になし
その他 現時点で関連分野の知識を全く持っていなくても、学んでいく意欲さえあれば大丈夫です。積極的にやる気のある人を募集します。
中津川 博 准教授
熱電モジュールの実用化への検討およびその性能評価
教員メールアドレス ""を"@"に nakaynu.ac.jp
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テーマ概要 異種金属や半導体セラミックスなどのp型材料とn型材料を直列に結合した素子を熱電素子と云います。熱電素子の特徴は、熱を電気に直接変換するゼーベック効果と電流を流して一方向に冷却/加熱するペルチェ効果があります。熱電素子の魅力は、構造が単純で小型軽量、機械的な駆動部分が無く静謐であり、出力電流密度が大きいという利点が挙げられます。しかし、温度差を利用した発電である為、燃料電池や太陽電池と比較すると、エネルギー変換効率が低いという問題点があり、変換効率を向上させる為の材料開発研究が当研究室を含め世界中で繰り広げられています。具体的には、自動車への熱電応用が期待されています。マフラー、エンジン外壁やターボチャージャーからの300~650℃の排熱を熱電素子と熱交換器を用いて電力に変換して、回収した電力をバッテリーに充電しエアコンの駆動などに利用すれば、燃費改善に役立ちます。ROUTEの研究では、実際にp型とn型の熱電素子から構成される熱電モジュールの性能評価を行って、変換効率向上と実用化に繋がる研究を体験します。
履修済みであることが望ましい科目 固体電子論, 統計物理学, 電磁物性
必要スキル 特にありません。研究室のメンバーと一緒に新しい知識を身に付けましょう。
鈴木淳史/田中良巳・ 教授/准教授
ソフトマテリアルの物性研究
教員メールアドレス ""を"@"に tanaka-yoshimi-vmynu.ac.jp
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テーマ概要 ソフトなマテリアルは、豆腐、こんにゃく、ゼリーなどの食品や、化粧品、紙オムツなどの日用品、シールド工法の止水材や免震ゴムなどの工業材料として、いたる所に使われています。ハイドロゲルやエラストマーなど、ソフトマテリアルのナノ・マイクロ構造と機能を実験により明らかにして物性制御の基礎を確立し、用途展開を探索します。具体的には下記のテーマに取り組みます。
・物理架橋ポリビニルアルコールゲルの高機能化と応用
  <一方向凍結法と多層化による高吸水性と高強度の両立>
・凍結と乾燥の科学・技術と新しいゲル化方法の検討
・ソフトな粘弾性体への粘着テープの粘着力と?離特性の評価
・粘着性エラストマーからのPETテープの剥離現象の解明
   <振動を伴う非単調?離現象の発現条件と機構の解明>
・高分子フィルムの接触・剥離・摩擦帯電特性評価方法の検討
・PVA系・PS系・アクリル系フィルムの帯電特性の検討、
・ゲルなど大変形弾性体の破壊力学
・液体の表面張力に由来するソフト固体の変形とその応用
・アメーバ等の無脚生物の運動法の実験解析とモデル化
・生体高分子溶液の非線形粘弾性とその中での輸送現象
など。
履修済みであることが望ましい科目 物理化学、材料力学、高分子物理・化学などの基礎科目
必要スキル 上記の基礎科学に十分な知識があり、材料の作製や実験解析などに興味がある方
梅澤 修 教授
火縄銃の金属組織から推定する鋼の鍛錬
教員メールアドレス ""を"@"に umezawa-osamu-fvynu.ac.jp
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テーマ概要 火縄銃に関する著書は多いが,そのほとんどが鉄砲伝来や内部構造・機構に関するものである。近年、火縄銃の金属組織の光学顕微鏡観察と炭素量分析、残留応力X線解析などの報告がなされ、分散する非金属介在物の同定や製造法についての推定がなされるなど、科学的な視点から専門的解析が試みられている。しかし、いずれも断片的な分析にならざるを得ないことから、金属組織学および加工熱処理の検証を踏まえた工程の推測と、推測を裏付ける結晶学的解析が必要である。軟鋼と硬鋼を貼り合わせて鍛造する基本的手法を念頭に置き、火縄銃の銃身を切断して解析に供するとともに、現代の鋼を用いた折り返し鍛錬のモデル実験を踏まえ、結晶学的解析を行う。
履修済みであることが望ましい科目 金属組織学・演習Ⅰ,金属組織学・演習Ⅱ
必要スキル 機械加工,研磨・検鏡
中尾 航 教授
新たな価値を創造する新規自己治癒材料の創出
教員メールアドレス ""を"@"に nakao-wataru-hyynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 これまでに研究・開発されてきた自己治癒材料と異なり、強度などの力学機能以外の機能を自己修復し、今後の社会に新らたな価値をもたらす新しい自己治癒材料のコンセプト確立を目指します。
具体的には、連携企業から提供された試料について、その損傷状況を調査するとともに、その損傷による機能減衰機構を解析します。得られた知見を基に、損傷を回復するための最適な化学反応の探索を実施します。
必要スキル とにかく人間的にタフであること。
2017年度・秋学期
長谷川 誠 准教授
TiAl系合金の熱処理による組織制御とその力学特性
教員メールアドレス ""を"@"に hasegawa-makoto-zyynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 高比強度・高温構造材料の候補材としてTiAl系合金が注目されてから20年以上が経過しています。近年、米国にて民間航空機用ジェットエンジンの低圧タービン部への適用が報告されていますが、未だTiAl系合金の実用化は限定的です。最も注目されているのはラメラ組織を有する(α2+γ)2相TiAl系合金であり、異なる組成や元素の添加、熱処理による力学特性の向上が試みられています。近年、ラメラ界面にβ相を析出させることによってフルラメラ組織を有するTiAl系合金の破壊靭性を向上させることが出来ると考えられています。実際、熱処理によって相を析出させたTi-45Al-10V合金においては、ビッカース圧子の押し込みによってもき裂の発生および進展が抑制できることが明らかとなっています。しかしながら、熱処理条件による相の析出状態やラメラ組織の状態は未だ十分に把握されておらず、また、組織と力学特性との対応も系統的に把握できていないのが現状です。
ROUTEにおいては、異なる組成のTiAl系合金を対象に熱処理により組織制御を行うとともに、常温での3点曲げ試験による強度評価やシェブロンノッチを導入した3点曲げ試験による破壊靱性の測定を行い、熱処理条件と組織の関係や組織と力学特性の関連について明らかにすることを試みます。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門、材料力学、機械加工実習
必要スキル 特に無し
廣澤 渉一 教授
アルミニウムの高剛性化を図る合金設計および熱処理方案の構築
教員メールアドレス ""を"@"に hirosawaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 自動車車体の軽量化のためには、従来の鉄系材料に代わってアルミニウム合金を適用することが有効である。しかしながら、アルミニウム合金は軽量、高比強度でありながら剛性が低いという問題があり、これがサスペンションやブレーキキャリパーなどの変形が許されない部品、すなわち剛性設計が支配的な部品への適用を妨げている。一般に、単に剛性を向上させるだけであれば、部品サイズや形状を変更すればよいが、これらの部品は限られたスペースに収めなければならず、現状の弾性定数のままではアルミニウム合金に材料置換するのは困難なことが多い。したがって、もし高剛性なアルミニウム合金を開発できれば、自動車部品のみならず多くの構造部材にも適用でき、アルミニウム素材のさらなる需要拡大にもつながるものと期待される。
本研究室では自動車メーカーと共同研究を実施し、アルミニウムに亜鉛や銅、銀、リチウムなどを添加して時効処理を施すことで、アルミニウムのヤング率や剛性率が1割以上向上することを見出した。 例えば、Al-20mass%Zn-4mass%Cu合金(比重3.25gcm-3)を373-443Kで時効処理すると、時効時間の増加に伴って弾性定数が増加し、ヤング率でE=65→71GPa、剛性率でG=24→26.5GPaの剛性向上が確認された。これはCu4ZnやCuAl2などの析出物が形成するためであり、その体積率Vfと両弾性定数の間には、時効温度に依らずE=0.0169Vf2-0.0305Vf+65.3、G=0.0063Vf2+0.0041Vf+24.0の関係があることを初めて明らかにした。そのため、この弾性定数の体積率依存性を表す式を用いれば、所望の弾性定数を有する新規アルミニウム合金を開発することも可能となる。本研究では、これまでに得られたAl-Zn-Cu、Al-Zn-Ag、Al-Cu-Ag合金の剛性向上に関する知見を活かして、さらに組成や時効処理条件を最適化することで、最終的にE=80GPa、G=30GPaを大きく超える合金を開発することを目的とする。
履修済みであることが望ましい科目 熱力学
必要スキル 特になし
その他 他大学の教員や学生、企業の研究者と議論する機会を設ける予定です。世の中の役に立つ材料を創製し、ものつくりを通してぜひ自分の世界や能力を広げて下さい。
前野 智美 准教授
アルミニウム合金の温・熱間プレス成形における金型コーティングおよび潤滑剤の検討
教員メールアドレス ""を"@"に maeno-tomoyoshi-yfynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 自動車では環境保護を目的にハイブリッド化および電動化が進んでいます.特に,ヨーロッパにおいては内燃機関のみの自動車に関する規制が発表されており,電動化が強く注目されています.電動化においてはバッテリーを積載するため,これまで以上に自動車の軽量化が必要となります.そのため,比強度の高いアルミニウム合金の車体への採用が注目されており,これまでは航空機への採用が主であった2000系および7000系高強度アルミニウム合金の採用が注目されています.しかしながらこれらの材料は延性が低く形状凍結生も悪いため冷間でのプレス成形は難しくなっております.そこでこれらのアルミニウム合金板のホットスタンピングが検討されていますが,熱間においてはアルミニウム合金板は焼付きが生じ易く,成形において潤滑剤が必須となっています.しかしながら,潤滑剤の選定によっては成形後の耐腐食性が低下する場合があり,潤滑剤の選定は重要です.
本研究テーマでは高強度アルミニウム合金のホットスタンピングにおいて,金型表面処理および潤滑方法について検討します.
履修済みであることが望ましい科目 機械要素設計製図,機械加工実習,材料力学,加工学
必要スキル 生産加工に興味のある人,金型等の設計や製作に興味のある人
向井 剛輝 教授
コロイド型量子ドットを用いる高効率量子ドット超格子太陽電池の研究
教員メールアドレス ""を"@"に mukai-kohki-cvynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 本研究室では、70%以上のエネルギー変換効率が理論予測されている量子ドット超格子太陽電池を、コロイド型量子ドットで実現するための研究を行っています。量子ドット超格子とは、高均一な量子ドットを3次元的に周期配列させた構造です。また、コロイド型量子ドットとは、フラスコ中で化学合成によって作製する量子ドットのことです。これまで精力的に研究されている、エピタキシャル型量子ドットによる超格子の結晶成長は、無転位化と量子ドットの均一化が限界に達しており、ブレークスルーが求められています。我々はこれまで、コロイド型量子ドットを溶媒中でテンプレート上に沈降させて3次元配列させ、量子ドット超格子を作製する技術を研究してきました。その結果、実際に良好な量子ドット超格子が出来つつあります。ROUTEでは、このコロイド型量子ドット超格子を用いて、実際に太陽電池を実現する研究を手伝ってくれる人を募集します。有機導電膜を併用したシリコン基板上の太陽電池の試作や、最適な構造を設計するための理論計算などを手伝ってもらう見込みです。
履修済みであることが望ましい科目 特になし
必要スキル 特になし
その他 現時点で関連分野の知識を全く持っていなくても、学んでいく意欲さえあれば大丈夫です。積極的にやる気のある人を募集します。
中津川 博 准教授
熱電モジュールの実用化への検討およびその性能評価
教員メールアドレス ""を"@"に nakaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 異種金属や半導体セラミックスなどのp型材料とn型材料を直列に結合した素子を熱電素子と云います。熱電素子の特徴は、熱を電気に直接変換するゼーベック効果と電流を流して一方向に冷却/加熱するペルチェ効果があります。熱電素子の魅力は、構造が単純で小型軽量、機械的な駆動部分が無く静謐であり、出力電流密度が大きいという利点が挙げられます。しかし、温度差を利用した発電である為、燃料電池や太陽電池と比較すると、エネルギー変換効率が低いという問題点があり、変換効率を向上させる為の材料開発研究が当研究室を含め世界中で繰り広げられています。具体的には、自動車への熱電応用が期待されています。マフラー、エンジン外壁やターボチャージャーからの300~650℃の排熱を熱電素子と熱交換器を用いて電力に変換して、回収した電力をバッテリーに充電しエアコンの駆動などに利用すれば、燃費改善に役立ちます。ROUTEの研究では、実際にp型とn型の熱電素子から構成される熱電モジュールの性能評価を行って、変換効率向上と実用化に繋がる研究を体験します。
履修済みであることが望ましい科目 固体電子論
必要スキル 特にありません。研究室のメンバーと一緒に新しい知識を身に付けましょう。
梅澤 修 教授
火縄銃の金属組織から推定する鋼の鍛錬
教員メールアドレス ""を"@"に umezawa-osamu-fvynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 火縄銃に関する著書は多いが,そのほとんどが鉄砲伝来や内部構造・機構に関するものである。近年、火縄銃の金属組織の光学顕微鏡観察と炭素量分析、残留応力X線解析などの報告がなされ、分散する非金属介在物の同定や製造法についての推定がなされるなど、科学的な視点から専門的解析が試みられている。しかし、いずれも断片的な分析にならざるを得ないことから、金属組織学および加工熱処理の検証を踏まえた工程の推測と、推測を裏付ける結晶学的解析が必要である。軟鋼と硬鋼を貼り合わせて鍛造する基本的手法を念頭に置き、火縄銃の銃身を切断して解析に供するとともに、現代の鋼を用いた折り返し鍛錬のモデル実験を踏まえ、結晶学的解析を行う。
履修済みであることが望ましい科目 金属組織学・演習Ⅰ,金属組織学・演習Ⅱ
必要スキル 機械加工,研磨・検鏡
鈴木淳史 教授
ソフトマテリアルの物性研究
教員メールアドレス ""を"@"に asuzukiynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 ソフトなマテリアルは、豆腐、こんにゃく、ゼリーなどの食品や、化粧品、紙オムツなどの日用品、シールド工法の止水材や免震ゴムなどの工業材料として、いたる所に使われています。ハイドロゲルやエラストマーなど、ソフトマテリアルのナノ・マイクロ構造と機能を実験により明らかにして物性制御の基礎を確立し、用途展開を探索します。
具体的には下記のテーマに取り組みます。
・物理架橋ポリビニルアルコールゲルの高機能化と応用
  <一方向凍結法と多層化による高吸水性と高強度の両立>
・凍結と乾燥の科学・技術と新しいゲル化方法の検討
・ソフトな粘弾性体への粘着テープの粘着力と剝離特性の評価
・粘着性エラストマーからのPETテープの剥離現象の解明
   <振動を伴う非単調剝離現象の発現条件と機構の解明>
・高分子フィルムの接触・剥離・摩擦帯電特性評価方法の検討
・PVA系・PS系・アクリル系フィルムの帯電特性の検討、
・ゲルなど大変形弾性体の破壊力学
・液体の表面張力に由来するソフト固体の変形とその応用
・アメーバ等の無脚生物の運動法の実験解析とモデル化
・生体高分子溶液の非線形粘弾性とその中での輸送現象
など。
履修済みであることが望ましい科目 物理化学、材料力学、高分子物理・化学などの基礎科目
必要スキル 上記の基礎科学に十分な知識があり、材料の作製や実験解析などに興味がある方
2017年度・春学期
梅澤 修 教授
火縄銃の金属組織から推定する鋼の鍛錬
教員メールアドレス ""を"@"に umezawa-osamu-fvynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 火縄銃に関する著書は多いが,そのほとんどが鉄砲伝来や内部構造・機構に関するものである。近年、火縄銃の金属組織の光学顕微鏡観察と炭素量分析、残留応力X線解析などの報告がなされ、分散する非金属介在物の同定や製造法についての推定がなされるなど、科学的な視点から専門的解析が試みられている。しかし、いずれも断片的な分析にならざるを得ないことから、金属組織学および加工熱処理の検証を踏まえた工程の推測と、推測を裏付ける結晶学的解析が必要である。軟鋼と硬鋼を貼り合わせて鍛造する基本的手法を念頭に置き、火縄銃の銃身を切断して解析に供するとともに、現代の鋼を用いた折り返し鍛錬のモデル実験を踏まえ、結晶学的解析を行う。
履修済みであることが望ましい科目 金属組織学・演習Ⅰ,金属組織学・演習Ⅱ
必要スキル 機械加工,研磨・検鏡
鈴木淳史 教授/田中良巳 准教授
ソフトマテリアルの物性研究
教員メールアドレス ""を"@"に asuzukiynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 ソフトなマテリアルは、豆腐、こんにゃく、ゼリーなどの食品や、化粧品、紙オムツなどの日用品、シールド工法の止水材や免震ゴムなどの工業材料として、いたる所に使われています。ハイドロゲルやエラストマーなど、ソフトマテリアルのナノ・マイクロ構造と機能を実験により明らかにして物性制御の基礎を確立し、用途展開を探索します。
具体的には下記のテーマに取り組みます。
・物理架橋ポリビニルアルコールゲルの高機能化と応用
  <一方向凍結法と多層化による高吸水性と高強度の両立>
・凍結と乾燥の科学・技術と新しいゲル化方法の検討
・ソフトな粘弾性体への粘着テープの粘着力と剝離特性の評価
・粘着性エラストマーからのPETテープの剥離現象の解明
   <振動を伴う非単調剝離現象の発現条件と機構の解明>
・高分子フィルムの接触・剥離・摩擦帯電特性評価方法の検討
・PVA系・PS系・アクリル系フィルムの帯電特性の検討、
・ゲルなど大変形弾性体の破壊力学
・液体の表面張力に由来するソフト固体の変形とその応用
・アメーバ等の無脚生物の運動法の実験解析とモデル化
・生体高分子溶液の非線形粘弾性とその中での輸送現象
など。
履修済みであることが望ましい科目 物理化学、材料力学、高分子物理・化学などの基礎科目
必要スキル 上記の基礎科学に十分な知識があり、材料の作製や実験解析などに興味がある方
中尾 航 教授
新たな価値を創造する新規自己治癒材料の創出
教員メールアドレス ""を"@"に nakao-wataru-hyynu.ac.jp
定員 1名
資料(PDF) download
テーマ概要 これまでに研究・開発されてきた自己治癒材料と異なり、強度などの力学機能以外の機能を自己修復し、今後の社会に新らたな価値をもたらす新しい自己治癒材料のコンセプト確立を目指します。
具体的には、連携企業から提供された試料について、その損傷状況を調査するとともに、その損傷による機能減衰機構を解析します。得られた知見を基に、損傷を回復するための最適な化学反応の探索を実施します。
必要スキル とにかく人間的にタフであること。
中津川 博 准教授
酸化物を用いた熱電素子の作製と熱電モジュールへの応用およびその性能評価
教員メールアドレス ""を"@"に nakaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 異種金属や半導体セラミックスなどのp型材料とn型材料を直列に結合した素子を熱電素子と云います。熱電素子の特徴は、熱を電気に直接変換するゼーベック効果と電流を流して一方向に冷却/加熱するペルチェ効果があります。熱電素子の魅力は、構造が単純で小型軽量、機械的な駆動部分が無く静謐であり、出力電流密度が大きいという利点が挙げられます。しかし、温度差を利用した発電である為、燃料電池や太陽電池と比較すると、エネルギー変換効率が低いという問題点があり、変換効率を向上させる為の材料開発研究が当研究室を含め世界中で繰り広げられています。具体的には、自動車への熱電応用が期待されています。マフラー、エンジン外壁やターボチャージャーからの300~650℃の排熱を熱電素子と熱交換器を用いて電力に変換して、回収した電力をバッテリーに充電しエアコンの駆動などに利用すれば、燃費改善に役立ちます。ROUTEの研究では、実際にp型とn型の熱電素子から熱電モジュールを作製し、熱電発電の性能評価を行って、変換効率向上に繋がる研究を体験します。
履修済みであることが望ましい科目 固体電子論
必要スキル 特にありません。研究室のメンバーと一緒に新しい知識を身に付けましょう。
長谷川 誠 准教授
TiAl系合金の熱処理による組織制御とその力学特性
教員メールアドレス ""を"@"に hasegawa-makoto-zyynu.ac.jp
定員 1名
資料(PDF) download
テーマ概要 高比強度・高温構造材料の候補材としてTiAl系合金が注目されてから20年以上が経過しています。近年、米国にて民間航空機用ジェットエンジンの低圧タービン部への適用が報告されていますが、未だTiAl系合金の実用化は限定的です。最も注目されているのはラメラ組織を有する(α2+γ)2相TiAl系合金であり、異なる組成や元素の添加、熱処理による力学特性の向上が試みられています。近年、ラメラ界面に相を析出させることによってフルラメラ組織を有するTiAl系合金の破壊靭性を向上させることが出来ると考えられています。実際、熱処理によってβ相を析出させたTi-45Al-10V合金においては、ビッカース圧子の押し込みによってもき裂の発生および進展が抑制できることが明らかとなっています。しかしながら、熱処理条件によるβ相の析出状態やラメラ組織の状態は未だ十分に把握されておらず、また、組織と力学特性との対応も系統的に把握できていないのが現状です。
ROUTEにおいては、異なる組成のTiAl系合金を対象に熱処理により組織制御を行うとともに、常温での3点曲げ試験による強度評価やシェブロンノッチを導入した3点曲げ試験による破壊靱性の測定を行い、熱処理条件と組織の関係や組織と力学特性の関連について明らかにすることを試みます。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門、材料力学、機械加工実習
必要スキル 特に無し
廣澤渉一 教授
冷間等方圧プレスと熱間直接押出し法による建築用耐熱アルミニウム合金材料の開発
教員メールアドレス ""を"@"に hirosawaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 近年、建築用構造材料としてアルミニウム合金を用いようとする動きが加速しており,アルミニウムの軽量性,耐食性,加工性に優れるという性質から,施工性の改善や住宅性能の向上などが見込まれている.しかしながら,現状のアルミニウム合金では高温で急激に強度が低下するため,1000℃にも達する火災時に耐火性能を満たすことが難しく,高温においても高い強度を維持できる耐熱アルミニウム合金の開発が急務となっている.これまでに本研究室では,メカニカルアロイング(MA)法と放電プラズマ焼結(SPS)法を用いて,新規Al-(5-20)wt%Fe合金粉末冶金材を作製し,圧縮試験において300℃で300MPaを超える高強度耐熱材料の開発に成功した.しかしながら,この材料の試料サイズは10mmφ×5mm程度と小さく,建築用構造材料として使用するためには大型化が不可欠である.そこで本研究では,新たに冷間等方圧プレスと熱間直接押出しを用いて試料を作製し,急冷凝固合金粉末の特徴である優れた高温強度を担保しつつ,試料サイズの大型化を図ることを目的とする.
履修済みであることが望ましい科目 熱力学
必要スキル 特になし
その他 他大学の教員や学生、企業の研究者と議論する機会を設ける予定です。世の中の役に立つ材料を創製し、ものつくりを通してぜひ自分の世界や能力を広げて下さい。
前野 智美 准教授
リング圧縮試験によるホットスタンピングにおける工具摩擦係数の測定の試み
教員メールアドレス ""を"@"に maeno-tomoyoshiynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 自動車では衝突安全性と軽量化を両立するために,超高張力鋼部材の車体への採用が増えています.しかしながら,超高張力鋼板は強度が高いためスプリングバックが大きく,延性も低いためプレス成形が非常に難しくなっています.そこで,超高張力鋼部材を形状凍結性良く成形できる技術としてホットスタンピングが注目されています.900°C程度に加熱した焼入れ用鋼板をプレス成形するとともに,金型で数秒挟み込んで急冷することによって金型内で焼入れによる高強度化します.ホットスタンピングでは引張強さで1.5GPa相当の部材がスプリングバックなしで得られます.
ホットスタンピングはまだ新しい加工法のため,成形特性に関する調査がのぞまれています.本研究テーマでは塑性変形中の素材と金型との摩擦を測定するためにリング圧縮試験をホットスタンピングの条件において行い,測定方法の妥当性を検討してみます.
履修済みであることが望ましい科目 機械要素設計製図,機械加工実習,材料力学,加工学
必要スキル 生産加工に興味のある人,金型等の設計や製作に興味のある人
向井剛輝 教授
メタマテリアルの光学素子応用技術についての調査
教員メールアドレス ""を"@"に mukaiynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 本研究室では、走査型プローブ顕微鏡によるリソグラフィ技術を用いて、コロイド型量子ドット1個とメタマテリアル要素1個を組み合わせることで、ナノオーダーサイズの革新的な単一光子放出器を実現することを目指して研究しています。メタマテリアルとは、誘電率と屈折率を人工的に操作するための金属の微小パターンです。これにより、例えば「透明マント」などが実現できることが話題になりました。光は物理的には電磁波であることからこのようなことが可能になりますが、当研究室ではこのメタマテリアルを利用して、量子ドットから発光する光の性質を制御する(例えば、高速な光子放出、発光効率の増大、コロイド型QD独特の発光ブリンキング現象の改善、プレーナー回路実現に必要な指向性を持つ光放射、量子演算に必要となる偏光方向の制御、など)ことを目論んでいます。
ROUTEでは、このメタマテリアルの様々な光学的性質を学んでみたい学生を募集します。メタマテリアルの具体的なパターンの例としては、4分割スプリットリング、ワイヤ、1重スプリットリング、2重スプリットリング、S字型、スイスロールなどが代表的なものですが、この他にも色々な形状が考えられます。原理も共振型や伝送導波型など多岐にわたっており、工夫次第でこれまで世界中のどこにもなかった新しい機能が実現できるといった提案もなされ、非常にホットな学問領域です。これらのメタマテリアルの工学的な利用を推進するために、詳しく調査研究を進めてくれる人を求めます。
履修済みであることが望ましい科目 特になし
必要スキル 特になし
その他 現時点で関連分野の知識を全く持っていなくても、学んでいく意欲さえあれば大丈夫です。
竹田真帆人 准教授
化学結合性を考慮した新しい銅系形状記憶合金の開発と性能評価
教員メールアドレス ""を"@"に mtakedaynu.ac.jp
定員 1名
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テーマ概要 一般に物体の形状を変化させるためには外部からの動力とそれを伝える伝達機構を必要とする。しかし形状記憶合金は、熱変化を形状変化に変える特殊な内在的特性を持っている。このため、外部からの動力や伝達機構を必要とせず、温度変化を形状変化に変換できる。エネルギー消費の観点からも機構の簡便さからも、この特性の有効利用には実用上大きな期待が寄せられている。現在、最も主力となっているNiTi 系形状記憶合金は、高価で難加工性等の課題を持ち、また変態温度にも制限が有る。このため安価で、形状記憶特性の良い新しい合金の開発が待ち望まれている。このような実用面からの要請を背景に、本研究室では、近年、新しい銅系形状記憶合金の開発に取り組んでいる。これまでの形状記憶合金開発は試行錯誤的であったが、本研究室では形状記憶性を化学結合の観点から考えるという基本方針を取り入れている。このような学術的指針を用いることにより協力企業と新しい形状記憶合金を開発した(昨年度、特許申請中)。当研究グループの用いる化学結合論的指針からは、形状記憶特性を示す可能性のある潜在的な候補合金は少なからず見出されている。現在、熱力学的計算、分子軌道法計算やバンド計算等を援用しながら実際に形状記憶特性を発現する候補合金の絞り込みと合金作製を行い、形状記憶特性を実験的に調べている。本研究プロジェクトでは、1-3 年生の新鮮な着想や視点を取り入れつつ、合金の選定と作製、結合‐組織‐物性の一貫したプロセスから実用に使える形状記憶合金の創出と提案を目指す。
履修済みであることが望ましい科目 化学結合に関する初歩的知識、結晶構造に関する初歩的知識
必要スキル 科学計算、光学顕微鏡やTEM、SEMを用いた組織観察、硬度や引張強度の試験、示差熱分析装置、X線回折装置等を教職員や大学院生と共に使用する。
2016年度・秋学期
廣澤 渉一 教授
高圧付加による物質の構造変態制御と新規材料の創成
教員メールアドレス ""を"@"に hirosawaynu.ac.jp
定員 1名
テーマ概要 1年生春学期の「熱力学」の宿題で「スケート靴が滑る理由」を皆さんに考えてもらったところ、講義で解説した「圧力増加による相変態説」(以下の図面を参照)は必ずしも正しくなく、他にも「摩擦による発熱説」や「バルクと表面での融点の差異説」などが提唱されていることを、ある学生から指摘されました。そこで、本研究テーマでは、上記の説の正誤や相対的な寄与度を明らかにするため、自ら実験、理論、計算手法を考案し、得られた結果を基に、本当の理由を世の中に問うことを目標とします。過去の論文探しから始まって、実験条件や実験結果の妥当性の検証、これまでに提唱されている説の前提条件などを確認し、その知見から自らが証明すべき事象を考案してもらいたいと思います。その後、研究室の先輩に教わりながら必要な実験、解析を行い、過去の結果と矛盾のない、新たな説を構築することを目指しています。なお、本研究テーマは、研究室の卒業研究のひとつである「高圧ねじり加工による純TiおよびTi-Al合金の相変態挙動の解明と組織制御」と関わりが深く、将来的にはTiのみならず、様々な金属材料に高圧(ねじり)付加を適用することも視野に入れています。
履修済みであることが望ましい科目 熱力学
その他 自分で実験方法を考案し、実験装置を作製してもらう予定です。発想豊かな柔らかい頭で参加してくれることを望んでいます。
長谷川 誠 准教授
熱遮蔽コーティングに適用されるボンドコート層合金の力学特性
教員メールアドレス ""を"@"に hasegawa-makotoynu.ac.jp
定員 1名
テーマ概要 航空機用ジェットエンジンや発電用ガスタービンでは、燃焼ガスを受けるニッケル基超合金製の動翼等に熱遮蔽コーティングが適用されています(下図)。熱遮蔽コーティングは、ニッケル基超合金上に耐食金属ボンドコートと耐熱セラミックストップコートが施工されたものであり、このコーティングにより超合金基材の温度を150℃程度低下させて基材の力学特性を保持することができます。しかし、使用中にボンドコートとトップコートの間にアルミナを主成分とする酸化物層が形成され、最終的にコーティングの脱落が生じます。使用中のコーティングの脱落は、ニッケル基超合金の劣化を促進するため、本研究室では、ボンドコートの組織制御による耐剥離性向上の新しい試みを行っています。しかし、ボンドコートの力学特性は十分に把握されていないのが現状です。
ROUTEにおいては、異なる組成を有するボンドコート合金を溶解し、熱処理により組織制御を行うととものに、常温および高温での力学特性を測定し、組織と力学特性の関連について明らかにすることを試みます。
履修済みであることが望ましい科目 材料学入門、材料力学