| Project/Area Number |
22K04706
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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 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
中村 考志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (80591726)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅津 理恵 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60422086)
石崎 学 山形大学, 理学部, 講師 (60610334)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 金属窒化物 / 磁気特性 / 窒化反応 / 多孔性配位高分子 / プルシアンブルー |
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| Outline of Research at the Start |
ポスト5G対応の電磁波吸収材料を創製するため、鉄・ニッケル・マンガンの比率の異なる金属窒化物の合成・物理特性評価を行うことで、化学組成と結晶構造が飽和磁化等の磁気特性に与える影響を調べる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代通信で利用される高周波数帯領域（>40 GHz）における電磁波吸収材への利用を考え、新規磁性材の創製に取り組んでいる。特に、高周波数帯で電磁波吸収に関わる物理量である飽和磁化が急激に減衰する物理的限界（スニークの限界）を超える新規磁性材の創製のため、磁性体の組成の探索と粒子形状の異方化の検討を進めている。
2022年度にはMnを導入した窒化物を合成することに成功し、0.1～0.25の時Mnが無い時に比べ1.8倍飽和磁化が向上することを見出した。しかし課題として金属酸化物（MnOなど）が生成していた。
2023年度はこれを解決するため、反応条件の最適化を行い金属酸化物の生成を抑制できる温度プロファイルを見出した。特性評価について、これまでMnの導入による飽和磁化の向上の原因を明確にできていなかった。これに対し第一原理計算を利用し原因究明に努めた。また、結晶異方化に関しては、既往の研究（Journal of Alloys and Compounds, 939, 2023, 168773）に従い、前駆体を合成し構造の評価を進めた。これらの結果をまとめ、2023年度は企業への技術紹介を１件行い、１件の学会発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2023年度の研究計画では「窒化物の組成と構造評価」、「磁気特性評価」、「アスペクト比の異なる前駆体調製」を計画していた。これに従い、今年度はこれまで合成した等方性窒化物の評価について、XRF、XRD、SQUID等を用いてこれまで合成した10以上の試料の評価を継続すると共に計算科学を取り入れた物理特性評価をすすめると共に異方性窒化物合成の為の前駆体調製に取り組んだ。また、計画にはなかった、窒化物の合成条件の最適化を行った。
これまで合成した11種類のサンプルについて2022年度に構造評価と磁気特性との関係性の調査を進め、Mn/Ni比率が0.2付近の時に飽和磁化が最大1.8倍になることを確認した。しかし、構造（結晶相、窒化物／酸化物比、結晶子サイズ、結晶格子サイズなど）と磁気特性との関係を調べたが明確な関係性をつかめていなかった。
2023年度は計算科学（Materials Studio, CASTEP）を導入しMn, Fe, Niの比率及び置換サイトの異なる11種類の置換型固溶体モデルを作成し、密度汎関数法と平面波擬ポテンシャルに基づいた第一原理計算実験によりs, p, d軌道のDOS、バンド構造についてスピンを考慮した状態で計算を行った。結果の解析を現在進めている。
異方性窒化物合成の為の前駆体調製について、これまでの合成経験をベースに実験を進めたが十分な異方化は確認できなかった。2023年に異方性のプルシアンブルーに関する報告がなされたため、追試する形で前駆体の調製を行った。現在、合成物の評価を進めている。
合成条件の最適化について、これまで窒化反応の際、酸化物が生成する問題について、炉内の材質および反応環境の改善により酸化物の生成が抑制できることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一原理計算結果の解析とマンガンの添加による飽和磁化向上の理解を行う。異方性前駆体の窒化を行い、得られた窒化物の磁気特性を評価する。
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