| Project/Area Number |
21H01618
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
Isobe Toshihiro 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (20518287)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
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| Keywords | 熱膨張 / 相転移 / 結晶構造解析 / 元素置換 / フィラー / コールドシンタリング / セラミックス / 熱膨張率 |
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| Outline of Research at the Start |
負の熱膨張率を有する材料は、Society 5.0や超スマート社会に必要なデバイスに必要とされている材料である。広い温度域で巨大な熱収縮を示し、可能な限り安価で安全な組成であることが求められている。しかし、これらの条件を十分に満足する材料はこれまでに報告されていない。Zr2SP2O12は、広い温度域が特長のフレームワークモデルと巨大な熱収縮が特長の相転移モデルを併せ持つことで、これまで達成できなかった広い温度域と巨大な熱収縮の両立を実現できる可能性がある。本研究は、Zr2SP2O12の熱収縮メカニズムを解明、およびこの材料の温度域と熱収縮を極限まで高めることを目的とするものである。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, the thermal shrinkage mechanism of Zr2SP2O12 was evaluated. And the thermal expansion performance of Zr2SP2O12 was enhanced. The shrinkage mechanism of Zr2SP2O12 was analyzed by crystal structure analysis using high temperature XRD. Thermal shrinkage according to the framework model was attributed to changes in the bond angle between ZrO6 and PO4 (or SO4), and thermal shrinkage according to the phase transition model was related to the distortion of the ZrO6 octahedron. These results suggested that element substitution at the Zr site is more effective than element substitution at the P(S) site. Based on the obtained knowledge, the several materials described by Zr2-xMxSP2O12 were synthesized. The maximum negative thermal expansion coefficient of the sample with the deformed MO6 octahedron was 1.5 times higher than that of the original Zr2SP2O12.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
負熱膨張材料は、IoTや5Gなどに用いられるスマートデバイスに必要な材料である。代表者等が発見したZr2SP2O12は、負熱膨張材料の2大収縮メカニズムであるフレームワークモデル（広い温度域が特長）と相転移モデル（巨大な熱収縮が特長）を併せ持つ世界初の物質であり、その収縮メカニズムの解明は学術的に意義深い。また、メカニズムの解明に基づき、Zr2SP2O12を高性能化できれば、産業的にも重要な材料となる。実際に、本研究成果を元にした特許の出願や、本科研費に関連する研究で、民間企業への技術移転に成功したことから、社会への波及効果の高い研究といえる。
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