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Sep 21, 2023

セルロースナノフィブリルにCoFe2O4粒子を分散させた負磁歪紙

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6144 (2023) この記事を引用 505 アクセス 1 Altmetric Metrics の詳細 ポリマーは磁歪材料と組み合わせて、その特性を強化することがよくあります。

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6144 (2023) この記事を引用

505 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

ポリマーは、靱性を高めるために磁歪材料と組み合わせられることがよくあります。 この研究では、分散した CoFe2O4 粒子 (CNF-CoFe2O4) を含むセルロース ナノフィブリル (CNF) ベースの複合紙について報告します。 CoFe2O4 粒子を導入すると、磁化と磁歪を与えるだけでなく、CNF-CoFe2O4 複合紙の極限引張強度が低下し、破断伸びが増加します。 CNF は、CNF-CoFe2O4 複合紙の引張特性に関与していました。 したがって、CNFとCoFe2O4粒子の混合比を変えることで、CNF-CoFe2O4複合紙の磁気特性、磁歪特性、引張特性を制御することができます。

世界的なエネルギー危機と環境汚染を緩和するために、多くの研究者が周囲環境 (機械振動など) からエネルギーを採取する代替エネルギー技術を研究しています1、2、3。 周囲のエネルギー供給が制限されている場合、圧電エネルギーハーベスティング デバイスは、IoT センサーなどの対象デバイスに十分な電力を生成します4。 この目的のために、圧電材料、複合材料、およびデバイスが積極的に研究されており 5、6、7、8、9、10、11 、それらの振動エネルギー収集性能が評価されています。

磁歪材料は外部磁場の下で変形する可能性があります12。 磁歪効果は、1842 年に James Prescott Joule によって初めて説明されました13。彼は、強磁性材料である鉄が磁場に応じて寸法を変化させることを報告しました。 それ以来、研究者らは、Tb-Dy-Fe 合金 (ターフェノール-D)、Fe-Ga 合金 (ガルフェノール)、Fe-Co 合金、CoFe2O4 (コバルト フェライト) などのさまざまな磁歪材料を開発してきました。 、18． 磁歪材料、複合材料、デバイスもエネルギーハーベスティング分野で注目を集めています19、20、21、22、23、24。 ターフェノール-D とガルフェノールは、室温で良好な磁歪特性を示すよく知られた巨大磁歪合金ですが、脆くて高価です 1,16。

磁歪材料の脆さを克服するために、多くの研究者は磁歪粒子をポリマーマトリックスに分散させ、磁歪ポリマー複合材料 (MPC) を形成しました 25。 外部磁場の下では、磁歪粒子が変形してポリマーマトリックスに力を及ぼし、複合材料全体を変形させます。 磁歪粒子とポリマーマトリックスで生成される応力のバランスをとることによって平衡が達成され、その結果 MPC が全体的に変形します。 MPC は、電流および応力の感知、振動減衰、作動、健康状態の監視、生物医学用途に応用できる可能性があります。 さらに、前述の超磁歪合金よりも必要な形状に製造するのが容易です。 MPC に関するこれまでの研究では、エポキシ樹脂マトリックス中に分散したテルフェノール D 粒子 26 とガルフェノール粒子 27 (それぞれターフェノール D/エポキシおよびガルフェノール/エポキシ複合材料)、ポリウレタン マトリックス中に分散した Fe-Co 合金粒子 (Fe-Co/PU) が報告されています。複合材料）28、その他さまざまな29、30。 テルフェノール D/エポキシ、ガルフェノール/エポキシ、Fe-Co/PU ではそれぞれ 1600、360、70 ppm の正の磁歪値が報告されています。 ただし、負の磁歪効果を持つ MPC はほんのわずかしか研究されていません。 Nersessian et al.31 は、中空ニッケル複合材料および中実ニッケル複合材料における飽和磁歪がそれぞれ -24 ppm および -28 ppm であると報告しました。 同様に、Ren ら 32 は、ポリマー結合 Sm0.88Dy0.12Fe1.93 擬似 1-3 複合材料における負の磁歪を報告しました。

最近、紙およびセルロースベースのデバイスはますます注目を集めています 33。その理由は、紙は低コスト (〜 0.005 ドル/m2)、生体適合性、環境に優しく、100% リサイクル可能であり、他のポリマーベースのフレキシブルデバイスよりも伸縮性があるためです 34。 セルロース繊維は安価で、バイオベース、生分解性、無害、リサイクル可能、そして低密度です35。 特にセルロースナノフィブリル（CNF）は優れた強度、剛性、靭性を示し 36、強化繊維としての利用が期待されています 37、38、39、40、41、42、43。