| Project/Area Number |
19K05254
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
Wada Hirofumi 九州大学, 理学研究院, 教授 (80191831)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 磁気冷凍材料 / 磁気熱量効果 / 液体水素 / 一次相転移 |
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| Outline of Research at the Start |
物質の磁気熱量効果を用いた磁気冷凍は新たな冷凍技術として注目されている．本研究では液体水素～液体窒素温度領域における新たな磁気冷凍材料の開発を行うことを目的とする．ここでわれわれは巨大磁気熱量効果を示す一次の磁気相転移物質に注目する．一次相転移物質の種々の物性をコントロールすることが本研究の学術的な課題である．われわれは組成変化，元素添加，化学両論組成からのずれ，侵入型原子の添加による材料開発に加え，新規作製プロセスや新たな磁気熱量効果の測定法の導入により低温磁気冷凍材料の効率的な開発を目指す．
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| Outline of Final Research Achievements |
The purpose of the present study is development of magnetic refrigerant materials working in liquid H2 - liquid N2 temperature range. The target values of the magnetic entropy change and the thermal hysteresis are 30 J/ K kg and 1 K, respectively. We focused on Gd5Ge4, which undergoes a first-order magnetic transition (FOMT) from a ferromagnetic state to an antiferromagnetic state on heating. We succeed in developing magnetic refrigerant materials with the target values between 40 and 120 K by substituting Si for Ge. We noticed that the substitution of Si for Ge increases both the FOMT transition temperature and the magnetic entropy change. This is unusual, because the entropy change is expected to decrease, when the FOMT transition temperature is raised. We have successfully explained this behavior by taking account of temperature dependence of magnetic entropy change in both the ferromagnetic and antiferromagnetic states.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究ではあらたに低温で巨大磁気熱量効果を有する磁気冷凍材料を開発することができた．この結果は水素や天然ガスの液化に磁気冷凍を応用する上で大変有益であり，その意義は大きい．磁気冷凍材料に一次相転移を示す物質を使うという考えはわれわれによって提案されているが，これまで室温磁気冷凍材料の候補となる物質はすべて一次相転移物質であり，またその中で日本の寄与が大きいことは特筆される．また本研究では一次相転移温度が上昇するとき磁気エントロピー変化が増大するメカニズムも解明することができた．このことは今後の物質開発においても有用であり，その学術的意義も大きいといえる．
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