51探花

【本学研究者情报】

〇学际科学フロンティア研究所　教授　増本博

【発表のポイント】

• ナノメートルサイズの金属粒子が絶縁体セラミックス中に分散したナノグラニュラー材料^（注１）が、広く利用されている金属箔ひずみゲージ^（注２）の约5倍の高いひずみ検出感度を示すことを発见。原理も解明しました。
• ナノグラニュラー材料の高い电気抵抗率により、金属箔ひずみゲージと比べてひずみ受感部の1/10000以下の小型化や、省电力化が可能です。
• 省电力かつ力学情报をきめ细やかに検出する新しいひずみセンシングデバイスとして、幅広い用途で滨辞罢社会の発展に贡献することが期待。

【概要】

物体の変形（ひずみ）を电気信号として検出するひずみゲージは、土木や医疗など非常に多くの分野で利用されています。ひずみゲージの高感度化?小型化?省电力化は滨辞罢社会の高度化にとって重要な课题です。

东北大学学际科学フロンティア研究所の増本博教授らの研究グループは、电磁材料研究所、东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）、理化学研究所との共同研究により、金属ナノ粒子が絶縁体中に分散したナノグラニュラー材料が、现在広く利用されている金属箔ひずみゲージと比べ、约5倍の大きいゲージ率^（注３）と约10⁷倍の高い电気抵抗率を示すことを発见しました。また、この大きいゲージ率が、ナノ粒子间で起こる电子のトンネル伝导^（注４）と、ひずみによるナノ复合构造の変化に起因することを明らかにしました。

この新しい材料を用いることで、省电力かつひずみ受感部が1/10000以下に小型化された高感度ひずみゲージを作製できます。ひずみゲージを集积化することで高密度な力学情报の検出が可能になります。これにより、ロボティクスで人间に近いきめ细やかな动作制御が可能になるなど、新たな有用な用途が开発されることが期待できます。

本成果は2025年11月10日付で科学誌Scientific Reportsに掲載されました。

【用语解説】

注1. ナノグラニュラー材料：
「ナノ」とは、10亿分の1（10-9）を表す単位の接头语で、1ナノメートル（苍尘）は10亿分の1メートル。「ナノグラニュラー材料」とは、母相（マトリックス）中にナノサイズの微小な粒子が分散した材料。本研究で用いたナノグラニュラー材料は、金属相のコバルト粒子を、母相のマグネシウムフッ化物（惭驳贵2）中に分散させた材料であり、この材料の基本特许は2010年に电磁材料研究所から出愿されている（特愿2010-214360）。

注2. 金属箔ひずみゲージ：
金属をフィルム上に蛇行パターンとして形成したひずみゲージ。

注3. ゲージ率：
材料のひずみ検出感度の指标。材料にひずみを加えると电気抵抗が変化する。その时の电気抵抗の変化率と加えたひずみの比のことをゲージ率と呼ぶ。金属箔ひずみゲージのゲージ率はおおよそ2であるため、ひずみが0.01%加わったときの电気抵抗変化率は0.02%となる。

注4. トンネル伝導：
厚さ1ナノメートル前后の薄い絶縁体相によって2相の金属相が隔てられているとき、量子力学的効果によって电子が薄い絶縁体层をすり抜けて片方の金属相からもう片方の金属相へと移动する。このような伝导形态をトンネル伝导と呼ぶ。この现象は絶縁体相が厚いときは起こらず、电子は金属相の间を移动することができない。ナノグラニュラー薄膜では、电子は薄膜中に存在する非常に多くの金属ナノ粒子/絶縁体/金属ナノ粒子の间をトンネル伝导する。

【论文情报】

タイトル：High-sensitive mechanical response in metal-insulator nanogranular films with large gauge factor
著者：Tomoharu Uchiyama, Wang Chen, Yui Hasegawa, Nobukiyo Kobayashi, Hiroshi Masumoto*, Saburo Takahashi, Sadamichi Maekawa
*责任着者：东北大学学际科学フロンティア研究所　教授　増本博
掲載誌：Scientific Reports
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学 学際科学フロンティア研究所
教授　増本 博（ますもと ひろし）
TEL: 022-795-4405
Email: hiromasu*fris.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

東北大学 材料科学高等研究所（WPI-AIMR）
学術研究員　高橋 三郎（たかはし さぶろう）
TEL: 022-217-5958
Email: saburo.takahashi.e5*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
東北大学 学際科学フロンティア研究所
企画部　特任准教授　藤原 英明（ふじわら ひであき）
TEL: 022-795-5259
Email: hideaki*fris.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）