MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス カーバイド残渣-籾殻灰バインダーによる膨張性土壌の安定化メカニズムと強度進化:鉱物学的および微細構造的証拠
- カーバイド残渣-籾殻灰(CCR-RHA)バインダー(配合比35:65)を膨張性土壌に0〜30%添加して評価したところ、25%添加・90日養生で最大圧縮強度(UCS)8.94 MPaに達し、従来の石灰安定化土壌を上回った
- 鉱物学的分析で、粘土鉱物の溶解、ガジモンジン様カルシウムアルミノケイ酸水和物の結晶化、エトリンガイトやストラルチング石など水和相の形成が確認された
- 炭酸カルシウムの結晶化過程で、非晶質ゲルと結晶相が複合した中間相を経て安定したカルサイトが形成されるという新規の発見があった
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス Ti662チタン合金の時効温度が微細構造、組織、引張特性に及ぼす影響
- 熱間圧延Ti662チタン合金シートを920°C×2h水冷で溶体化処理後、500/530/560°Cで6h空冷の時効処理を実施し、微細構造・相組成・引張特性を評価した。
- 溶体化処理後の組織は一次α相・針状α'マルテンサイト・斜方晶αマルテンサイトからなり、時効によりメタステーブルマルテンサイト相が二次α相と少量の残留β相に分解した。
- 時効温度を500→560°Cに上げると引張強度は1431±14.14MPa→1472±14.09MPa、降伏強度は1172±13.11MPa→1211±13.18MPaへ増加する一方、伸びは8%±1.41%→5%±1.40%へ低下した。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 高エントロピー合金の機械的特性予測と実験的裏付けのある候補スクリーニングのための相安定性誘導型説明可能機械学習
- 相安定性誘導型の説明可能機械学習フレームワークを開発し、541の相ラベル付きHEA、263の硬さ記録、214の降伏強度記録のデータベースで学習した
- 相分類器の精度0.923、硬さのR2=0.881、降伏強度のR2=0.856を達成した
- 30万件の仮想候補をスクリーニングし、CALPHAD支援評価と3つの代表合金の実験的検証で主要相・硬さ・圧縮降伏強度が予測と概ね一致した
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス Crateva religiosa 葉抽出物を用いた ZnCr2O4 ナノ粒子の生物学的合成とその抗結核、抗がん、金属センシング特性に関する洞察
- Crateva religiosa 葉抽出物をバイオ還元剤・バイオ安定剤として用い、環境負荷の低い手法で亜鉛クロマイトナノ粒子(ZnCr2O4 NPs)を合成した
- XRD分析で平均結晶子径15.33nmの立方スピネルZnCr2O4相を確認、UV-Visでは288nm付近に吸収ピーク、バンドギャップは1.27eVと推定された
- 合成粒子は中程度の抗がん活性、顕著な抗結核活性、Cu2+イオンへの有望な金属センシング能を示し、多機能材料としての可能性が示された
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス Cr添加によるTiVNbTa高エントロピー合金におけるFCC Tiリッチ析出物の形成とその機械的・酸化特性への影響
- TiVNbTaCrx (x = 0, 0.25, 0.5) 高エントロピー合金を対象に、Cr添加が組織・室温および600°Cの機械的特性・高温酸化挙動に与える影響を実験的に調査
- Cr添加により凝固時の枝晶間でのTi偏析が顕著に強化され、FCC構造のTiリッチ析出相がCr含有量5.88および11.11 at.%で形成された
- FCC Tiリッチ相の析出によりBCCマトリックスの連続性が断片化し、室温で延性破壊から脆性破壊へ移行、600°Cでは伸びが0.20%未満に低下
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 玄武岩繊維テキスタイル補強エンジニアードセメント系複合材料のオフアクシス引張下における機械的挙動と構成モデル
- 玄武岩繊維テキスタイル補強ECC(BTR-ECC)のオフアクシス引張特性を0°・15°・30°・45°で実験・理論検証。引張強度は無補強ECC比で+84.8%/+73.6%/+52.9%/+54.0%と全角度で向上し、テキスタイルとマトリックス間の荷重伝達が有効と確認された。
- 応力-ひずみ曲線が線形弾性・ひずみ硬化・破壊の三線形特性を示し、ひずみエネルギー密度が全方向で安定。エネルギー散逸能力の高い材料であることが実験的に示された。
- 破壊モードはテキスタイル破断、界面剥離・引き抜き、PVA繊維の架橋が主であり、接線係数アプローチによる現象論的構成モデルが実験データと良好に一致した。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 自動車用途における高機能・生体模倣型サステナブル材料の最近の進歩
- 電動モビリティ規制とライフサイクル排出量目標を背景に、自動車構造における軽量構造材料の需要が増加している。
- 生体模倣複合材料は真珠層・竹・皮質骨・蓮の葉などの生物学的構造を模倣し、比剛性・衝突エネルギー吸収・製造エネルギーの従来トレードオフを変える微細構造を提供する。
- 生体模倣衝突構造は比エネルギー吸収 35~48 kJ/kg を示し、高強度鋼・アルミニウム合金と定量的にベンチマークされる一方、動的損失係数や Cassie-Baxter 超疎水性表面安定性も評価対象となる。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 炭素系材料の照射誘起構造進化と機能的応用:レビュー
- グラフェン系材料では照射により空孔・再構築欠陥・表面官能基化が誘起され、環境修復向けの活性サイトが形成される
- カーボンナノチューブでは照射により管間架橋と溶接が生じ、機械的性能と電子特性が向上する
- 炭素繊維では照射が表面化学と繊維-マトリックス相互作用を調整し、高性能複合材料の界面エンジニアリングを促進する
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 寒冷地における透水性コンクリートの凍結融解劣化と破壊メカニズム
- 透水性コンクリートに対し120回の急速凍結融解サイクル試験を実施し、空隙率ごとの質量損失・スキッド抵抗・透水性・圧縮強度の経時変化を測定した。
- 120サイクル後に全供試体の質量損失は1%未満、圧縮強度は5.5%~12.9%低下した一方、透水性とスキッド抵抗は良好に維持された。
- 数値シミュレーションにより、空隙率の増加が実効熱伝導率の低下、相変化期間の延長、内部温度勾配の増幅を通じ熱-機械的連成損傷を増幅することが示された。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 高められた染料吸着、抗菌活性、および細胞適合性を有する多機能キサンタンガム–リン酸カルシウム複合材料
- キサンタンガムを導入した新規リン酸カルシウム複合材料(HAp-XAn)を開発し、構造・表面をXRD/FTIR/XPS/SEM/AFMで分析した
- MG63細胞株を用いたMTTアッセイで良好なin vitro細胞適合性と骨芽細胞様細胞との相互作用を確認、骨関連生体医療用途の可能性を示した
- 黄色ブドウ球菌(S. aureus)および大腸菌(E. coli)に対する抗菌活性がHAp単体より向上し、培養期間の増加とともに効果が増大した
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 多機能ストロンチウム置換ハイドロキシアパタイト/ポリドーパミン光熱コーティングによる多孔質タンタルインプラントの抗菌活性と骨芽細胞応答の向上
- ストロンチウム置換ハイドロキシアパタイト(SrHA)を化学共沈法で調製し、ポリドーパミン自己重合により多孔質タンタル上にSrHA@PDA複合コーティングを構築した
- コーティングは808 nm近赤外線(NIR)照射下で63.79%の光熱変換効率を示し、10分で62.7°Cまで温度上昇した
- NIR照射後、大腸菌(E. coli)および黄色ブドウ球菌(S. aureus)に対して顕著な抗菌効果が確認された一方、Sr2+放出は調査期間中制御されていた
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス ワイヤレーザー指向性エネルギー堆積法で製造されたTi-6Al-4Vの熱入力が微細構造進化と高サイクル疲労挙動に与える影響
- ワイヤレーザーDEDで造形したTi-6Al-4Vは、熱入力175→350 J/mmで柱状β粒子の横方向サイズが約642μm→1079μm、α板幅平均が0.65μm→1.32μmに粗大化し、α構造が針状/バスケットウィーブから粗い層状へ変化した。
- 引張強度と降伏強度は熱入力によらず約900MPa・約840MPaを維持した一方、伸びは14.3%から10.3%に低下した。
- 600°Cで4時間の応力除去後、500MPa・R=-1の完全両振り疲労試験で、熱入力175 J/mm材は約3×10^7サイクルに達したが350 J/mm材は約1×10^5サイクルで破断し、疲労寿命が2桁以上劣化した。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 物理的処理がナノ構造MnOx材料の構造、メソ多孔性、懸濁液相機能に与える影響
- ソルビーム法で得た多孔性MnOxに、超音波処理/回収(Sr・Fe含有MnOx)と振動ミル処理(SrフリーFe含有MnOx)の2種類の後処理を適用し、構造・メソ多孔性・懸濁分散性・TMB酸化発色応答の関係を評価した。
- SrFeMn-US-S(超音波処理/回収)はSrFeMn-S(未処理)よりN2吸着表面積と細孔容積が大きく、水和シグネチャが強く、低温H2-TPR寄与が大きいことを確認した。
- FeMn-Sの振動ミル処理はSBET、Vtot、H2吸着量、懸濁液中Mn濃度を大幅に低下させ、FeMn-S5のΣA652応答も低下させた。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス リュウゼツランのバガス由来セルロースナノクリスタルをCPC-30Rポルトランドセメントモルタルの補強材として利用
- リュウゼツラン(Agave tequilana Weber)のバガス(テキーラ製造副産物)から硫酸または塩酸による酸加水分解でセルロースナノクリスタル(CNC)を製造
- セメント質量比で0.35 wt.% CNC S(硫酸系)、0.5 wt.% CNC H(塩酸系)が最適含有量とされ、圧縮強度と曲げ強度がいずれも増加
- SEM観察でCNC含有モルタルは対照群より微細な亀裂が少なく、界面遷移帯(ITZ)が狭いことを確認
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 炭素繊維含有量とひずみ速度がリサイクル骨材コンクリートの機械的特性と微視的損傷進化に与える影響
- 炭素繊維(CF)を0.3%添加した炭素繊維改質リサイクルコンクリート(CFRRAC)は、CF無添加と比べひずみ速度10−5~10−2/sの範囲でピーク応力が37.16%~41.18%、ピークひずみが22.94%~36.57%増加した。
- CFRRAC(0.3%含有)では、ひずみ速度10−5/sに対し10−4/sでピーク応力9.31%、10−3/sで18.66%、10−2/sで31.24%それぞれ増加し、ひずみ速度効果の増大が確認された。
- CFの適度な添加は微細構造の緻密性を向上させ、微細亀裂の有効応力骨格の開始・伝播形態を変化させてマクロな非線形応力-ひずみ挙動を決定づけ、強度増加と延性維持を両立させる。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 直接巻線用途のFe–5.0 wt.%Si軟磁性複合材料ステータコアにおける巻線コーナーの完全性の数値的および実験的評価
- Fe–5.0 wt.%Si軟磁性複合材料(SMC)ステータコアについて、直接巻線時の巻線コーナー応答を有限要素解析(FEA)とコーナー負荷試験で評価した研究。
- ワイヤ張力1.44 N/ターン、巻線方向90°変化で、負荷は1ターンあたり2.04 N、19ターンで38.7 Nと算出。AI-EIWワイヤの平均公称0.2%耐荷力から工学的検証負荷を177 Nと定義。
- 177 N負荷時のFEA予測は最大有効応力876.9 MPa、最大有効ひずみ0.0132、アンロード後の最大結果変位0.85 μmで、弾性応答(有効ひずみなし)にとどまる。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス NiF2マイクロ球をニッケルフォーム上に成長させ、酸性・アルカリ性両媒体で高効率な水素発生を実現
- ニッケルフォーム(NF)上にNiF2マイクロ球をin situ成長させた複合材料(NiF2/NF)を簡便な溶媒熱法で合成し、酸性・アルカリ性の両媒体で優れたHER電極触媒性能を実現したと報告
- 0.5 M H2SO4中で10/100/300 mA cm−2の電流密度をそれぞれ40/134/195 mVの低過電圧で達成、1.0 M KOH中では69/132/175 mVで達成
- NiF2/NFを陰極・陽極の両方に用いたアルカリ水電解セルが、全体水分解で10 mA cm−2を駆動するのに1.57 Vという低いセル電圧で済むことを示した
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 4D印刷形状記憶ポリマーの材料、メカニズム、製造技術から応用までの進歩:包括的レビュー
- 形状記憶ポリマー(SMP)は熱・電場・磁場などの外部刺激で一時形状から元の形状へ回復する刺激応答材料であり、4D印刷の主要材料システムとして位置づけられている。
- 本レビューはSLA、FDM、ダイレクトライティング、ポリマーインクジェット印刷といった代表的なSMP印刷方式を比較しており、方式選定が性能を左右する。
- バイオメディカルデバイス、ソフトロボティクス、フレキシブルエレクトロニクスが実用化が近い応用先として挙げられている。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 低線量電子線照射(EBI)とハロイサイトナノチューブ(HNTs)による廃電子機器アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)のリサイクル:循環型アプローチ
- 廃電子機器(e-waste)由来のリサイクルABSに電子線照射(EBI)を最適線量10 kGyで適用すると、未充填廃ABSの引張強度(TS)が約9%、ヤング率(E)が約40%向上した。
- 廃ABSに5 wt%のハロイサイトナノチューブ(HNTs)を配合すると複合材料の熱安定性が向上し、照射挙動が変化して最適線量が5 kGyにシフトするため、照射プロセスコストの低減余地が示された。
- HNTsと照射の組み合わせにより貯蔵弾性率(E')が増加し、廃ABSをより高付加価値のエンジニアリング材料へ変換できる可能性が示された。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 過酷な環境下における水性エポキシコーティング鉄筋の耐食性と耐用年数予測に関する研究
- HRB400異形鉄筋を基材に、0.3%グラフェン-ポリアニリン(PAG)、0.3%酸化鉄、10%リン酸亜鉛、10%亜鉛-鉄粉の4種類の水性エポキシコーティング鉄筋と無コーティング鉄筋を比較する耐久性試験を実施
- 海洋塩化物浸漬、湿潤-乾燥繰り返し、融雪剤凍結融解サイクル、塩分土壌、海砂混合コンクリートの各条件下で、コーティング鉄筋の腐食電流密度(Icorr)が無コーティング鉄筋より大幅に低いことを確認
- ウィーナー過程に基づく耐用年数予測で、水性エポキシコーティングが特定条件下で50年以上の設計耐用年数を超える耐食性遅延の可能性を示唆
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス NO2ガスセンサーのメカニズムから展開までのエンジニアリング:材料、インターフェース、トランスデューサー、環境検証
- NO2センサーは単一受容体材料の最適化から、表面化学・界面電荷移動・トランスデューサー・環境・再生を統合したシステム設計へ移行しており、展開準備性は5層(受容体/界面化学、トランスデューサー/デバイス、ガス供給/環境、再生/劣化、キャリブレーション/システム統合)の連動で決まる。
- 金属酸化物、炭素材料、遷移金属ジカルコゲナイド、MXenes、多孔質・MOF由来アーキテクチャ、有機半導体が対象材料として挙げられ、酸素吸着、空乏層・蓄積層、ヘテロ接合・ショットキーバリア、欠陥、触媒増感、パーコレーションが電気信号を支配する。
- 読み出し側ではMEMSマイクロヒーター、FET/TFT/MOSFETトランスデューサー、フレキシブルプラットフォーム、光・電気再生、AI支援アレイが用いられ、これらがセンサー性能を左右する。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 火山ガラスにおけるボーズピークの飛行時間検出
- テラヘルツ時間領域分光法(THz-TDS)を用い、火山起源の黒曜石(天然無機ガラス)でボーズピーク(BP)の飛行時間(TOF)検出に成功した。
- 黒曜石のボーズピークを室温で1.07 THzに観測。これはシリカガラスの1.2 THzより低い値で、金属イオンによるSiO4ネットワークの変調に起因する可能性がある。
- 黒曜石の赤外光-振動結合係数(CIR)はシリカガラスよりはるかに高く、タラスキンモデルから非相関電荷ゆらぎ(σ1)は0.481eと算出された。シリカガラスの0.06eを大きく上回り、ソーダケイ酸ガラス(x=0.2)の約0.44eと同程度。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 回転圧延と後続熱処理によるCu-35.8%Zn真鍮の機械的特性の最適化
- Cu-35.8%Zn二相真鍮に室温回転圧延(RS)を施すと、α/β′相結晶粒が加工方向に伸長し、α粒内に200~300 nmのサブグレイン、100~200 nmのせん断帯、10~30 nmの加工双晶が形成された。
- RSにより降伏応力は93±4 MPaから717±6 MPa、引張強度は332±2 MPaから744±19 MPaへ上昇し、延性は71.0±2.0%から10.3±1.7%へ低下、疲労限度も240 MPaから415 MPaに向上した。
- 350°Cでの後続熱処理で2.2~3.6 μmの方形状結晶粒が形成されα相が再結晶し、引張強度は462~466 MPaに低下、延性は44~45%に回復した。
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MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス MIL-100(Fe)を用いた吸着式大気水製造システムの実験的調査:フィン・アンド・フラットチューブ熱交換器での評価
- MIL-100(Fe)吸着材130gを充填したフィン・アンド・フラットチューブ熱交換器で吸着式大気水製造システムを実験的に評価
- 吸着完了までの特性時間は吸着温度30°C、脱着温度70〜90°Cの条件で11〜22分と評価された
- 空気流速がシステム性能に影響する主要パラメータであることが示された
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