構造－電子相転移の併発による動的サーマルインシュレーション材料の開発

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K14392
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 大瀧 倫卓 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (50223847)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 熱伝導率 / 熱制御材料 / 構造相転移 / 金属-絶縁体転移 / Wiedemann-Franz則 / 格子熱伝導率 / 電子熱伝導率 / 三酸化二チタン

Outline of Annual Research Achievements

市販のTi2O3ペレットを遊星ボールミルで解砕・微粒化し、解砕中の酸化をTiOの添加により補償することにより、SPSを用いた緻密Ti2O3焼結体の単相合成に成功した。昇降温サイクルに伴う残存膨張は、Ti2O3の微粒化とSPSによる緻密化によって消失したため、微小クラックの開閉による機械的なヒステリシスは解消されたと考えられる。しかし、導電率の（従って全熱伝導率の）大きなヒステリシスは解消されておらず、微細構造の機械的な変化以外にも原因があると考えられる。
異種カチオンドープを種々検討した結果、Vドープによる導電率の向上とAlドープによる格子熱伝導率の低減が認められた。しかし、全熱伝導率の変化率はあまり増大しておらず、熱伝導率の変化幅としては無添加のものが1.783W/mKで最大であり、最も小さかったものはV2O3を0.8mol%添加したもので1.173W/mKであった。どの試料においても100℃-200℃の範囲で導電率の急峻な変化が確認されたが、導電率の測定結果よりWiedemann-Franz則を用いて電子熱伝導率を算出したところ、熱伝導率の電子成分はどの試料においても概ね一致していた。今後は他のドーパントや酸素欠損量の制御を検討する。
また、新規な系として、Ti2O3と同様の低原子価酸化物であるNbO2の薄膜が700℃付近で約10倍の導電率変化を示すことを見出した。バルク焼結体を作製して、導電率と熱伝導率の温度依存性を検討中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究室に新たに導入したSPSと遊星ボールミルで微粒化したTi2O3を用いることにより、Ti2O3の焼結性の向上は達成された。その一方、予想に反して、緻密化によっても導電率のヒステリシスは解消されておらず、ヒステリシスの起原は明らかになっていない。降温時の急峻な導電率変化を昇温時にも実現できれば、急峻な熱伝導率変化が得られると期待されるが、達成されていない。

Strategy for Future Research Activity

Nbなど高価数のカチオンをドープすることで、電子熱伝導率を増大させるとともに、固溶体形成による格子熱伝導率の逓減を図り、全熱伝導率の変化率を増加させる。また、新たな酸化物系として、Ti2O3と同様の低原子価酸化物であるNbO2が有望であることを見出しており、これについても検討を進める。すでに、SPSによる緻密な焼結体の作製には成功している。

Causes of Carryover

理由：旅費に若干の残額が出た。
使用計画：試薬など実験用消耗品の購入に使用する。