機能性混相流体・材料の創製と計測・シミュレーション評価

代表者氏名・所属部局(機関)名・職名

石本　淳・流体科学研究所・教授

研究の概要

オイルやシリコンゴム等の分散媒中に磁場に反応する強磁性体微粒子を分散した機能性混相流体・材料を創製する．さらに，その磁場に対する機能的特性に関して流動と変形及び粒子間相互作用を同時に扱う連成解析による数値シミュレーションと実計測との融合評価により、機能性の明確化とその向上を図る．また、水素エネルギー貯蔵・輸送に関わる問題として、水素脆化に伴う高圧水素貯蔵タンク隔壁のき裂発生に伴う反応性水素ガスの漏洩メカニズム・拡散予測、着火燃焼現象に関して、材料(構造体)側のき裂成長と水素漏洩時における濃度拡散挙動並びに化学反応を同時に扱う連成解析手法により、漏洩した水素の拡散挙動と燃焼限界を予測する。

研究の目的

オイルやガス中に強磁性体微粒子を分散させ、磁場に反応して粘弾性の変化する機能性混相流体(MR流体)に関して、その流動性の向上と同時に磁場に対する磁気機能性の著しい向上を図り、実用に供する機能性混相流体(MR流体)を創製する。また、シリコンゴム等のマトリックスに強磁性体微粒子を分散させ硬化させた磁気機能性混相材料(MRエラストマー)に関して、粒子間の磁気相互作用とそれに伴って変形するマトリックスとしての構造体の弾性変形を同時に取り扱う連成解析手法を構築し実計測との融合研究手法により、MR性能とその安定性の向上を図り、実用に供する磁気機能性ソフトマテリアルを創製する。さらに、水素脆化に伴う高圧水素貯蔵タンク隔壁のき裂発生に伴う反応性水素ガスの漏洩メカニズム・拡散予測、着火燃焼現象に関しては、構築した材料の構造解析・流体解析と化学反応を同時に扱う連成解析手法により、その詳細を明らかにし、安全性の高い水素エネルギーシステムの設計への足掛かりとする。

期待される効果

機能性混相流体・材料として、その性能や安定性・耐久性の向上を図ったオイルやガス中そしてシリコンゴム等のマトリックスに強磁性微粒子を分散したオイル系MR流体、ドライMR流体、MRエラストマーに関しては、学術指導先の㈱SmartTECH Lab.を通じて製品化を図る予定である。また、水素漏洩に関する連成解析結果と運用中の水素ステーションにおける諸トラブル、事故事例に関する情報を収集し水素安全管理用データベースを構築し、深層学習を用いた安全性評価手法の実用化が期待できる。

該当するSDGｓへの取り組み

連絡先

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E-mail address: ishimoto*alba.ifs.tohoku.ac.jp
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