| Project/Area Number |
19H05612
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section C
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐久間 昭正 東北大学, 工学研究科, 学術研究員 (30361124)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
土井 正晶 東北学院大学, 工学部, 教授 (10237167)
吉村 哲 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (40419429)
齊藤 伸 東北大学, 工学研究科, 教授 (50344700)
福島 潤 東北大学, 工学研究科, 助教 (80634063)
小田 洋平 福島工業高等専門学校, 一般教科, 准教授 (80751875)
三浦 大介 秋田工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90708455)
飛世 正博 東北大学, 工学研究科, 学術研究員 (30766762)
栂 裕太 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (70641231)
村上 泰斗 東北大学, 工学研究科, 助教 (60846509)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥190,320,000 (Direct Cost: ¥146,400,000、Indirect Cost: ¥43,920,000)
Fiscal Year 2023: ¥31,850,000 (Direct Cost: ¥24,500,000、Indirect Cost: ¥7,350,000)
Fiscal Year 2022: ¥31,330,000 (Direct Cost: ¥24,100,000、Indirect Cost: ¥7,230,000)
Fiscal Year 2021: ¥43,810,000 (Direct Cost: ¥33,700,000、Indirect Cost: ¥10,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥50,440,000 (Direct Cost: ¥38,800,000、Indirect Cost: ¥11,640,000)
Fiscal Year 2019: ¥32,890,000 (Direct Cost: ¥25,300,000、Indirect Cost: ¥7,590,000)
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| Keywords | 磁石 / レアアース / 第一原理計算 / 固相気相反応 / 窒化鉄 / レアアースフリー / レアースフリー / 磁性材料 / 希土類 / 軽元素 / ハード磁性材料 / 永久磁石 / 希土類フリー / Mn合金 |
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| Outline of Research at the Start |
希土類フリー磁石材料の開発は、我が国のエネルギー戦略における最重要テーマの一つである。軽元素（H,C,O,N）を利用した新しい物質合成法の反応メカニズムを解明するとともに、軽元素がFe合金の磁性に与える影響を理論計算によって解析する。具体的には、出発物質であるFe合金にH、C、O、Nを導入、脱離させることによって酸化物、窒化物等の中間物質を経由させ最終的にこれらの軽元素を含んだ物質を合成する方法に関してその反応メカニズムを解明する。理論計算から導かれる物性とこの新しい物質合成法と組み合わせることにより軽元素を含む希土類フリー磁石の材料設計指針を導出する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.軽元素を利用した新規物質合成法のメカニズム解明：Fe16(N,C)2を合成するために、Fe16N2を合成したのちにCを導入するプロセスを検討した。その結果、CはNを置換して入るのではなく、Nが入りうるサイトを選択し共存していることが分かった。またCo添加によりN、Cとも導入しにくくなることがわかった。
2.新規物質合成法の深耕と応用：(1)反応性パルスDCスパッタリング法は従来のスパッタリング法より高品位の(Fe,Co)16(N,C)2膜の作成が可能であることを確認した。(2)マイクロ波非平衡反応によるFe3O4の結晶子サイズ低減効果を用いることで、高特性Fe16N2の製法としての新たなスキームを確立した。また、新しく開発したハイスループットマイクロ波照射炉を用いて、岩塩型を含まない鉄系マルチカチオン単相スピネル型酸化物を合成することに成功した。さらに、合成したスピネル酸化物の還元条件を特定し、確立してきた軽元素含有窒化物合成プロセスによる材料合成に道筋をつけた。(3)Fe-Mn-Ga系合金の磁石化の検討を行い、Ga含有量の増加によるMsとTcの増大を確認した。
3.理論計算による希土類フリー磁石の設計指針導出：α"- (Fe,Co)16(N,C)2の磁気異方性エネルギー（K）に関する第一原理計算を行い、α"- (Fe0.7Co0.3)16N2がK=3MJ/m3の高特性を示すことが分かった。しかし、このKはNやCの不規則配列では殆ど負になることを示した。詳細な検討により、この系の正のKにはNの侵入によるFeの局所歪が大きく関与していることも明らかにした。
4.希土類フリー磁石に向けての基礎検討：理論グループから示された磁石候補物質Fe2Ni2Cの合成を行う目的で、まずFe2N2Nの合成を検討した。しかし、その合成条件はたいへん狭い範囲に限られていることがわかった。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Assessment Rating |
Interim Assessment Comments (Rating)
A-: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress in research has been made on the whole though a part of it has been delayed.
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