2012 Fiscal Year Annual Research Report

バナジウムー水素系における規則－不規則変態のクラスター変分法による解析

Research Project

Project/Area Number	22560662
Research Institution	National Institute for Materials Science
Principal Investigator	小野寺秀博独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (20354144)
Project Period (FY)	2010-04-01 – 2013-03-31
Keywords	水素貯蔵合金 / V-H系 / オーダリング / クラスター変分法 / 体心正方晶 / 侵入型八面体サイト / bcc八面体近似 / 第三近接相互作用
Research Abstract	BCC型水素貯蔵合金の基本系であるバナジウム(V)-水素(H)系について、材料設計、材料開発の基盤確立をめざして、水素のオーダリング現象についてクラスター変分法による解析を行った。bct構造のV中で水素はOzサイトを占有しており、β1→β２構造転移は、母相V原子に囲まれた、bct構造のOzサイトにおける、Hと空孔（Vacancy）の二元系の規則―不規則転移現象として解析することができる。体心正方晶に関するクラスター変分法の八面体近似による配置エントロピーの定式化を行い、V-H系におけるβ1→β２構造転移（規則－不規則変態）の解析を行った。これにより初めて第五近接まで（bccの第三近接に相当）の原子間相互作用の影響について検討することが可能となった。解析を行った結果、β1構造の安定性は第三近接（v3）及び第四近接相互作用（v4）によって支配されており、v3　およびv4　が負で大きな値となるほど安定化し、転移温度が上昇することがわかった。実験的にはβ1→β２構造転移は二次の相転移として報告されてきたが、本研究の結果、β1＋β２の明確な２相領域が存在し、一次の相転移であることがわかった。しかし、２相領域の組成幅は400 Kで0.26 at%と極めて狭く、また、自由エネルギーや長範囲規則度の温度変化からも、この相転移は極めて二次に近いことがわかった。実験状態図を最もよく再現できる値として、v3=1.0, v4=0.64 kJ/molが得られた。このとき、β1→β２相転移のエントロピー変化は0.465 R(Rは気体常数、室温から転移温度までの変化)となり、室温から転移温度までの熱分析に基づいて報告値されている0.31R～0.43 R とよい一致が得られた。
Current Status of Research Progress	Reason 24年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	24年度が最終年度であるため、記入しない。