革新的な方法で複雑なセルラーセラミックスの製造が迅速化し、生産が簡略化される

Tokyo香港科技大学工学院の研究者たちは、セルラーセラミックスの製造を簡単にする新しい方法を開発しました。機械・航空宇宙工学科の楊正宝准教授が率いるこのチームは、従来の添加製造技術の課題を克服しました。この方法は「表面張力補助二段階(STATS)プロセッシング戦略」と呼ばれ、エネルギー、電子工学、バイオメディシンなどのセラミック材料を使用する産業に革命をもたらす可能性があります。

STATS技術は、主に2つのステップから成ります。まず、細胞ベースの有機ラティスを基本構造として形成するために、付加製造技術を利用します。次に、必要な成分を含んだ前駆体溶液でこれらのラティスを充填します。

チームは格子内の液体の形状を管理するという大きな課題に直面しました。彼らは表面張力を利用して、格子構造の中で液体を固定しました。これにより、液体の形状を正確に制御することができ、非常に精密な製造工程が可能になりました。

研究者たちは、理論研究と実験を通じてセルラミックの設計を改善しました。彼らはユニットセルとカラムからなる格子の幾何学的な詳細を綿密に調べ、3D流体インターフェースの作成を助けました。これにより、セルサイズ、形状、密度、構造、材料の異なるセルラミックが開発されました。材料の準備と構造の構築のプロセスを分離することで、この手法は非常にプログラムしやすくなりました。

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新しいプロセスにはいくつかの利点があります。従来のセラミックス製造法は多孔性と機械的強度のバランスを取るのに苦労しますが、STATS技術は全体が多孔性でありながら特定の箇所では強度を兼ね備えた構造を作り出します。この改良された構造は、セルラー圧電セラミックスの性能を向上させます。研究者たちは、高い圧電定数である約200 pC N-1を達成しつつ、90%以上の全体的な多孔性を維持することに成功しました。これは現在の手法と比較して大きな改善です。

珪藻をヒントにしたこの戦略は、自然が複雑な構造を作り上げる精密さを模倣しています。珪藻は、シリカを基盤とする複雑な細胞壁で知られる単細胞の藻類です。この手法の応用範囲は広く、以下のような分野での利用が期待されています。

• フィルター
• センサー
• アクチュエーター
• ロボティクス
• バッテリー電極
• 太陽電池
• 殺菌装置

この新しい手法は、表面加工と新しい製造技術を組み合わせるという、材料工学の現在のトレンドに適合しています。「STATS戦略」は、新しい材料構造とスマートシステムの創造を助け、多くの技術分野の進展につながる可能性があります。ヤン教授は、この手法が従来の技術の問題を解決するだけでなく、複雑なセラミック構造を設計する新たな方法を提供すると指摘しています。将来的には、このアプローチによって、より先進的で効率的なデバイスが生まれる可能性があります。