2022 Fiscal Year Annual Research Report
Novel Negative Thermal Expansion Materials for Thermal Expansion Control
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19H05625
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
東 正樹 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40273510)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹中 康司 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60283454)
竹澤 晃弘 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10452608)
森 茂生 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (20251613)
壬生 攻 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40222327)
綿貫 徹 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, センター長 (30343932)
Das Hena 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (60836170)
重松 圭 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (40754578)
酒井 雄樹 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 次世代半導体用エコマテリアルグループ(東G), 研究員(任期有) (80758798)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 負熱膨張 / 相転移 / 局所構造解析 / 複合材料 / トポロジー最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．負熱膨張特性を左右する相転移挙動の理解と、材料探索へのフィードバック
約10%もの体積差を持つ正方晶と立方晶相が共存するPb0.82Sr0.18VO3の相境界を透過型電子顕微鏡で観察し、原子間距離がバルクの値よりも縮んでいることを見いだした。さらにこの値を放射光X線回折で決定した圧力下の値だと比較することで、相境界では0.2 GPaの実効的な圧力が働いていることを明らかにした。これが、体積の大きな低温相と小さな高温相が温度の関数として分率を変化させながら共存する、ギブスの相律に反する振る舞いの起源であると考えられる。
２．電荷移動、軌道秩序、強誘電転移の相転移型巨大負熱膨張材料の探索
PbCr1-xTixO3において、組成に応じて、Pb2+/Pb4+の再配列と、PbTiO3由来の巨誘電-常誘電転移の2つのメカニズムによる負熱膨張が起こることを見いだした。
３．複合材料の熱膨張係数の設計と検証
ピロバナジン酸リン酸銅亜鉛Cu1.8Zn0.2V2-xPxO7の微粒子化に成功した。これに加え、前年度までに微粒子化を達成していたピロリン酸亜鉛マグネシウムZn2-xMgxP2O7の負熱膨張セラミック微粒子を熱膨張抑制剤として社会実装するための事業会社（株式会社ミサリオ）を設立した。さらに、Zn1.6Mg0.4P2O7を用いて金属の熱膨張を抑制することに成功した。
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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
相転移型負熱膨張の、体積の大きな低温相と小さな高温相が温度の関数として分率を変化させながら共存する、ギブスの相律に反する振る舞いの起源が、相境界における1気圧からのずれであることを明らかにする事ができた。また、多くの新しい負熱膨張を発見し、その微粒子化と産業化にも繋げている。研究は順調である。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．負熱膨張特性を左右する相転移挙動の理解と、材料探索へのフィードバック
強誘電体型負熱膨張材料の相転移によるドメイン構造変化をBragg-CDIで観測する。
２．電荷移動、軌道秩序、強誘電転移の相転移型巨大負熱膨張材料の探索
圧力下で11.6%もの体積収縮を伴って極性－非極性転移を示すBiCoO3の負熱膨張化に取り組む。
３．複合材料の熱膨張係数の設計と検証
微粒子化に成功したZn2-xMgxP2O7を3Dプリンティング用のフィラメントのフィラーとして用いる事で、良好な造形を可能とする。
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[Presentation] 巨大負熱膨張材料を用いた熱膨張制御2022
Author(s)
Masaki Azuma, Kei Shigematsu, Keisuke Shimizu, Takuma Ito, Marin Katsumata, Keita Ozawa, Hajime Hojo, Ko Mibu
Organizer
ニューセラミックス懇話会
Invited
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[Presentation] Domain Structure Observation and Design of Phase Transition-type Negative Thermal Expansion Materials2022
Author(s)
Takumi Nishikubo, Takashi Imai, Yuki Sakai, Masaichiro Mizumaki, Shogo Kawaguchi, Norihiro Oshime, Ayumu Shimada, Kento Sugawara, Kenji Ohwada, Akihiko Machida, Tetsu Watanuki, Kosuke Kurushima, Shigeo Mori, Takashi Mizokawa, Masaki Azuma
Organizer
15th International Symposium on Ferroic Domains & Micro- to Nano-scopic Structures (ISFD-15)
Int'l Joint Research
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