Novel Negative Thermal Expansion Materials for Thermal Expansion Control

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H05625
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section D
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Azuma Masaki 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40273510)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹中 康司 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60283454) ; 森 茂生 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (20251613) ; 竹澤 晃弘 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10452608) ; 綿貫 徹 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 併任 (30343932) ; 壬生 攻 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40222327) ; 重松 圭 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (40754578) ; Das Hena 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) (60836170) ; 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)
• Project Period (FY): 2019-06-26 – 2024-03-31
• Keywords: 負熱膨張 / 電荷移動 / 軌道秩序 / 強誘電転移 / 相転移 / 複合材料

Outline of Final Research Achievements

To develop innovative negative thermal expansion materials that exhibit giant negative thermal expansion by controlling the charge, orbital, spin, and phonon degrees of freedom of solid materials and their ordered phases, and to establish thermal expansion control technology using giant negative thermal expansion materials: 1. understanding phase transition thermodynamics through local and domain structure analysis; 2. developing and industrializing new giant negative thermal expansion materials with charge transfer, orbital order, and ferroelectric transitions; 3. Development of a predictive theoretical model for thermal expansion and development of negative thermal expansion fine particles for 3D printing and fabrication of artificial structures with optimally arranged negative thermal expansion fillers.

Free Research Field

固体科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

局所構造やドメイン構造が負熱膨張特性に及ぼす影響、そしてCa2RuO4の負熱膨張メカニズムを解明し、数々の新しい相転移型新巨大負熱膨張材料を開発した点、そしてEshelbyモデルが複合材料の熱膨張予測に有効である事を示した点で学術的意義が高い。さらに、BiNi1-xFexO3やCu1.8Zn0.2V2-xPxO7の産業化を推し進め、負熱膨張材料を用いた熱膨張抑制技術の開拓と普及を行った点で、社会的意義が大きい。