2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of thermal expansion compensator utilizing giant negative thermal expansion of ruthenium oxides
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17H02763
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
竹中 康司 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60283454)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹澤 晃弘 広島大学, 工学研究科, 准教授 (10452608)
片山 尚幸 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50623758)
岡本 佳比古 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90435636)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 新機能性材料 / 負熱膨張 / 熱膨張制御 / 材料組織効果 / 微粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
課題①化学組成の制御による負熱膨張特性の向上：RuサイトのFe置換効果を調べた。電気伝導性や磁性、構造の評価から、Fe置換にともない、負熱膨張の発現に結びつく金属絶縁体転移が、1次相転移からクロスオーバー的なものに変化することが、動作温度の上昇や温度に対する負熱膨張線性向上の起源であることを明らかにした。
課題②材料組織の制御による負熱膨張特性の向上：Fe置換の精密なX線構造評価から、バルクの負熱膨張を生み出す材料組織効果を定量的に表現できる結晶学的パラメータ「異方性指数」を導入し、結晶構造の観点から、Fe置換の効果を議論した。微粒子化の試みとして、原料粉のボールミル粉砕と短時間（～2時間）焼成を組み合わせた手法により、メジアン径が3μm程度の微粒子作製に成功した。エポキシ樹脂との複合化により、このレベルの微粒子でも熱膨張抑制能力があることを示したが、従来法に比べると能力が劣ることもわかった。そこで材料組織を維持したまま小さく作ることで負熱膨張性微粒子を作製する別の手法として、原料をクエン酸に溶解し、その噴霧体を急速加熱する「スプレードライ法」による合成に取り組んだ。
課題③ルテニウム酸化物の構造最適化：トポロジー最適化アルゴリズムを用いて、異方的な結晶粒の熱歪みと空隙により、バルク焼結体で大きな負の熱膨張が出現し得ることを理論的に示した。さらに熱膨張と体積弾性率両方のパラメータを同時に議論できるパッケージの構築に取り組んだ。
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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
課題②については研究手法の見直し等を行ったため、翌年度の8月まで研究を延長したものの、初年度に計画した3課題とも、ほぼ計画通りの成果をおさめることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
概ね、当初計画の通り進める。今年度の成果を活かし、特に、①Fe以外の有効なドーパントを探索する、②研究期間延長で導入したスプレードライ法による微粒子化とその機能評価を行う、③トポロジー最適化計算において、熱膨張に加え、同時に体積弾性率の議論をする、ことに注力する。また、ルテニウム酸化物と同様の材料組織効果により負熱膨張を発現する他材料の開発を行い、ルテニウム酸化物系と比較することで、現象のより深い理解と機能のさらなる向上に努める。
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