【本学研究者情報】

〇大学院環境科学研究科
教授　成田史生
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 圧電材料のナノ粒子（圧電ナノ粒子）を分散したプラスチックの内部に炭素繊維を一方向に配向させることで、特定の方向に伸びやすい高感度力センサを実現しました。
• サブミクロ構造の圧電ナノ粒子、ミクロ構造の炭素繊維、マクロ構造の複合材料の3階層モデルを結合し、圧電複合材料の強度・機能発現メカニズムの理論的解明に成功しました。
• スポーツ・レジャー製品、医療・介護用システム、ロボット、航空・宇宙機器などの分野で用いるモノのインターネット（IoT）センサ^（注1）への応用が期待されます。

【概要】

　力を電気に、逆に電気を力に変換する圧電プラスチックは、人々の健康状態や動きを検出するセンサとして用いられており、パンデミック以降の日常生活やモーション（動き）センシングに関する研究において、ますます重要性が高まっています。しかし圧電プラスチックとしてよく用いられる素材は、一般的に耐久性が低く、長期間にわたって信頼性を保つことが困難という課題がありました。

　東北大学大学院環境科学研究科 大学院生の余 瑶楠 氏、成田史生教授（工学部材料科学総合学科兼担）のグループと大阪工業大学工学部機械工学科の上辻靖智教授のグループは、一方向に配向させた炭素繊維強化プラスチック（CFRP）^（注2）の伸縮異方性を利用し、モーションセンシング機能を備えた高強度で柔らかい新しい圧電複合材料の開発に成功しました。

　今回開発した材料は、繊維方向の機械的特性が大幅に向上（炭素繊維が入っていない圧電プラスチックの約20倍）し、繊維に垂直方向の高伸長性と高い圧電応答が得られます。スポーツ・レジャー用品に搭載することで、野球ボールをキャッチする際に生じる衝撃の測定や、歩行パターンの追跡などが可能です。IoTセンサとしてスポーツ・レジャー用品以外にも医療・介護、ロボット、航空・宇宙など広い分野で新展開が期待されます。

　本研究成果は2023年12月14日、ナノテクノロジーの専門誌Smallに掲載されました。

　

【用語解説】

注1.　モノのインターネット（IoT）センサ：
自然現象や物理的な動きを受信してデータに変換する従来のセンサ機能に加えて、パソコンやスマートフォン、プリンターなどといったIT関連機器や家電をはじめとするあらゆる「モノ」に接続してデータを送信したり、収集・管理できるセンサ。

注2.　炭素繊維強化プラスチック（CFRP）：
炭素繊維（カーボンファイバー）を強化材として加えたプラスチック。プラスチックの軽量、高い成形自由度といった特徴に加え、炭素繊維のもつ高剛性・高強度な特性も併せ持つ。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学大学院環境科学研究科
教授　成田史生
TEL: 022-795-7342
Email: narita*material.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学大学院環境科学研究科
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TEL: 022-752-2233
Email: kankyo.koho*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）