界面応力による未踏規則化合金ナノ粒子の創製と構造特異物性の開拓

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K22231
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 寺西 利治 京都大学, 化学研究所, 教授 (50262598)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: ナノ材料 / パラジウム / 鉄 / 第三元素 / 規則化合金相 / Z3構造 / 磁気特性

Outline of Annual Research Achievements

ナノスケール無機物質（ナノ粒子）の構造変換により得られる新奇結晶相は、一段合成で得られるナノ粒子にはない興味深い結晶構造・物性をもつと期待される。特に、無機物質の異方結晶構造に基づく異方的機能の発現は、高性能・高効率材料創製の観点から極めて興味深い。本研究では、ナノコンポジット磁石開発時に不純物金属相の界面応力により偶発的に得られたP4/mmm空間群を基礎とした新奇FePd3規則化合金相（L10-FePd相とfcc-Pd相が交互積層した結晶相）の形成メカニズムを解明し、新奇規則化合金相が発現する軽元素吸蔵特性や磁気特性等の構造特異物性を評価するとともに、未踏規則化合金材料群の設計指針を提案することを目的とする。
本年度は、昨年度合成に成功したZ3-Fe(Pd,In)3ナノ粒子の詳細な構造解析を行なった。原子分解能元素分析を行った結果、L10-PdFePd層とPd-In固溶体原子層が交互積層していることが実証できた。Z3-Fe(Pd,In)3ナノ粒子中のPd三層の水素吸蔵特性を検討したところ、Pd三層には水素が吸蔵されないことが分かった。また、本手法の汎用性を確認するため、Inと同様、二元系相図上Feと固溶できずPdと固溶可能なPbをFe-Pd系合金ナノ粒子へ微少量添加したところ、Z3-Fe(Pd,Pb)3ナノ粒子が形成した。つまり、元素間相溶性を考慮することにより、未踏合金を合成することができることを実証した。本成果は、Nature Communicationsに投稿中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は、当初の計画通り、元素間相溶性を考慮しInおよびPbを用いることにより、Z3構造をもつFe-Pd系合金ナノ粒子の合成・キャラクタリゼーションに成功した。また、Z3構造の形成駆動力がInの置換サイト（Feと隣接しない原子配置）であることを明確に実証しただけでなく、Inと同様の元素固溶性を有する元素添加でのみZ3構造が安定化するという新しい研究成果を得ることができ、次年度の研究方針の決定に重要な結果が得られた。また本成果は、Nature Communicationsに投稿中である。

Strategy for Future Research Activity

元素間相溶性を考慮した非平衡合金相合成の汎用性を広げるため、他の合金系（PdCo、FePtなど）へ展開し、Z3構造の形成を検討する。また、これらZ3構造の磁気特性やH2吸蔵・放出特性などを評価し、未知の規則化合金材料群の設計指針を提案するとともに、構造特異物性を開拓する。

Causes of Carryover

理由
令和２年度は、第三元素導入によるZ3構造Fe-Pd系合金ナノ粒子の合成、キャラクタリゼーション、ならびに、H2吸蔵・放出特性について集中的に検討を行い、物品費ならびに旅費が当初予定ほどはかからなかったため。
使用計画
次年度の研究加速のため、令和２年度分未使用額を、金属塩や水素混合ガス等の消耗品の購入費、ならびに、共同研究者との打合せ・実験のための旅費に充当する。

Research Products

• [Remarks] 寺西研
  • URL: https://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~teranisi/