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研究テーマ
IT・IoT・AI・ロボティクスエネルギー・環境ナノ・材料
学科の分類
工学部機械工学科

機能材料のマルチスケール最適設計 微視構造の最適設計により材料特性を最大限に発揮させる！

工学部

機械工学科

機能材料工学研究室

上辻靖智 教授

　材料に優れた特性を発現させる鍵は，微視構造にある．次世代新規デバイス開発の核となるマルチフェロイック材料の電気磁気効果を飛躍的に向上することを目的とし，顕微鏡で観察される微視（ミクロ）スケールと機械構造物を捉えた巨視（マクロ）スケールを連成したマルチスケール構造最適設計を駆使して，数値解析主導の材料設計開発を提供する．

既存材料の限界を超える”周期分極反転構造”

巨大なマクロ電気磁気効果の発現の鍵はミクロ不均質構造とカップリング（圧電および圧磁）特性の相乗効果にあり，従来の均一配向積層構造を超える潜在能力が未開拓である．スケール連成解析に均質化理論を適用し，独自開発の数値解析プログラムにより電気磁気効果を最大化するミクロ最適構造を探索する．得られた最適構造（デジタル複合構造）を有するマルチフェロイック材料に対して，圧粉・焼結法およびスパッタリング法による従来の創製から3Dプリンティングによる新たな創製に展開する．左図はマルチスケール解析法の計算スキーム，右図はチタン酸バリウム／コバルトフェライト複合材料の最適設計事例を示す．これまで最大の電気磁気効果を有する均一配向積層構造を20％以上超える最適構造を発見した．最適構造では，圧電相と圧磁相が周期的に配置し，かつ電気および磁気分極が周期的に反転する構造が電気磁気効果を増大させることを解明した．この周期分極反転構造は，高分子基複合材料にも有効であり，プリンタブル・ウェアラブルデバイスへの応用が期待される．

論文

「Multiscale optimization of magnetoelectric composite materials – Effect of material combination」(2022)SanoFumiya『Composite Structures』290p.115500.

「Computational study on microstructural optimization of magnetoelectric composite materials」(2020)UetsujiYasutomo『Computational Materials Science』172p.109365.

「New proposal of heterostructure for magnetoelectric effect enhancement from multiscale optimization」(2023)UetsujiYasutomo『Journal of Materials Science』58p.3625-3640.

特許

特願2021-145738「マルチフェロイック材料の微視構造の最適化方法、およびマルチフェロイック材料構造体」

研究者INFO: 工学部 機械工学科 機能材料工学研究室 上辻靖智 教授

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