51探花

【本学研究者情报】

〇环境科学研究科　助教　王真金
环境科学研究科　教授　成田史生

【発表のポイント】

• 世界で初めて、炭素繊维强化プラスチック（颁贵搁笔）のき裂长さを「电波送信间隔」だけから定量的に読み取ることに成功しました。
• CFRPと鉛フリー圧電 KNN-エポキシを積層した独自構造により、振動だけでLED点灯やIoT無線送信を駆動できる自己発電型材料を実現しました。
• き裂が进むほど送信间隔が伸びる新现象を発见し、そのメカニズムを力学解析と电気エネルギー理论から解明しました。
• 航空?宇宙机器、风力発电ブレードなど、大型构造物の「外部电源ゼロ」自立型ヘルスモニタリングへの応用が期待される革新的技术です。

【概要】

颁贵搁笔は、高比强度?高比刚性^（注1）を有し、航空機やロケット、人工衛星などに広く利用されています。一方で、CFRP は金属のような塑性変形^（注2）を示さず、内部に生じたき裂や层间はく离は外観から见えにくいという课题があります。现在は、こうした内部损伤を确认するためには超音波探伤などによる検査を行っており、多大な时间と人的コストを要しています。

东北大学大学院环境科学研究科（工学部材料科学総合学科）の王真金助教、成田史生教授らと日機装株式会社（以下、日機装）の研究グループは、英国リーズ大学の Yu Shi 教授と共同で、CFRPの損傷を自ら検知する機能を付与した複合材料を開発し、世界で初めて、CFRPのき裂進展を「電波送信間隔」から定量的に読み取ることに成功しました。

本成果は、振动を电気エネルギーに変换することで自己発电を行い、颁贵搁笔の损伤程度を定量的に把握できるモニタリング技术です。材料そのものが自己発电?自己诊断?无线送信を兼ね备える「完全自立型」复合材の実现に向けた大きな一歩であり、航空宇宙分野を中心に多くの产业での活用が期待されます。

本成果論文は、2026年1月9日にスマート材料?ナノ材料分野の国際学術誌International Journal of Smart and Nano Materialsに掲載されました。

図1. CFRP/KNN 複合材料の概略図（材料構成と層構造）。

【用语解説】

注1. 高比強度?高比剛性：比強度?比剛性とは、材料の強度?剛性をその材料の密度で割った値。これらの値が高いほど軽量でありながら強度?剛性が高い材料であることを示す。

注2. 塑性変形：負荷した外力を取り除いても元の形状に戻らない変形。永久変形とも言う。

【论文情报】

タイトル：From Vibration to Information: Self-Powered Crack Detection and Wireless Communication in Carbon Fiber Reinforced Piezoelectric Nanocomposites
著者：Yuki Sueda, Zhenjin Wang*, Yaonan Yu, Yusuke Watanabe, Sato Hoshiki, Ryozo Ohiwa, Yu Shi, Hiroki Kurita, Fumio Narita
*責任著者：东北大学大学院环境科学研究科 助教 Zhenjin Wang
掲載誌： International Journal of Smart and Nano Materials
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）
东北大学大学院环境科学研究科
助教　王 真金
TEL: 022-795-7344
Email: zhenjin.wang.d6*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学大学院环境科学研究科
情报広报室
TEL: 022-752-2241
Email: kankyo.koho*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）