パーコレーション解析~数値材料試験による複合材料設計~

熱伝導率が低い樹脂に、熱伝導率が高いアルミナなどのフィラー(粒子や繊維)を充填させていくと、ある程度の充填率で熱伝導率が飛躍的に上昇することが知られています。また、絶縁体の樹脂に導電性の高いカーボンなどを充填していくと、同様にある程度の充填率で電気伝導率が飛躍的に上昇します。このように特性が変化する現象はパーコレーション(Percolation)と呼ばれています。パーコレーションのこのような特性は、図に示すように系内の物質がつながってクラスターと呼ばれる集団を形成し、熱や電気が通るパスを形成することで発現します。フィラーの充填率が高くなり、クラスターが系全体を連なることでより高い熱伝導性や電気伝導性が現れます。材料設計を行う上ではこのような特性を把握することが重要です。そこで本稿ではパーコレーションの解析事例をご紹介させていただきます。