2022 Fiscal Year Annual Research Report
Basic research for low-temperature heat pump by using all solid state cooling method
| Project/Area Number |
22H00297
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
寺田 典樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究センター, 主席研究員 (60442993)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
間宮 広明 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究センター, 主席研究員 (30354351)
齋藤 明子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究センター, 主席研究員 (20426612)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
|
| Keywords | 磁気冷凍 / 熱スイッチ / 蓄冷材 / ヒートポンプ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
極低温磁気冷凍技術において、低温領域で初めて発現する量子物性現象を積極的に用いることによって、これまでに無い動作原理を利用した全固体冷却法による極低温度動作ヒートポンプの研究開発を行い、極低温度における冷却技術の技術革新を起こすものである。全固体冷却法は、（１）磁気冷凍材料（弱磁場高応答性磁性体）、（２）熱スイッチ（純金属多結晶固体熱スイッチ）、（３）蓄冷材（巨大磁気比熱蓄冷物質）の３つの要素によって構成されている。全体期間５年の間に、それぞれの要素に対して特性を最大化し、それらを統合した冷却システムを開発する計画である。本年度は、高真空高温炉（最高温度2000°C、到達真空度10^-4 Pa）を導入した。数１０Kでの温度領域における熱スイッチ材料候補として期待しているタングステン純金属多結晶体をはじめとする純金属材料の高真空中高温アニール専用として使用する。本年度はこれまでタンスステン材料において2200℃までのアニール試験（業者委託を含む）を行い、熱伝導率比100倍（20 K, 5 T）をこえる熱スイッチ性能が確認された。これは、これまでの20倍に比べてアニール温度を最適化することによって、熱スイッチ性能が飛躍的向上することが初めて見出された。また、最適化された熱スイッチを用いた全固体冷却方の暫定的な冷却試験も行い、次年度以降に予定している本格的な冷却試験への足がかりを得ることができた。また、磁気冷凍材料HoB2の巨大磁気熱量効果発現の起源を中性子非弾性散乱と平均場計算によって、磁気熱量効果の発現における結晶場分裂が担う役割を解明し、磁気冷凍材料探索の新しい指針を提唱した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度である本年度は新たに高速磁場変化による全固体冷却システムの試験装置の設計、導入を行い、熱スイッチ性能の飛躍的な向上や、磁気冷凍材料の巨大磁気熱量効果の起源の解明に成功した。おおむね順調に進展していると考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
2022年度に研究課題の研究費により高速磁場変化機構を備えた全固体冷却法の冷却試験機を導入した。この冷却試験機は、室温ボアマグネットにGM冷凍機を直接抜き差しすることによって、GM冷凍機内に置かれた冷却素子を極低温度に保ちつつ磁場のON/OFFに伴う熱量測定が行えるものであり、本研究を推進する上で不可欠な装置である。しかしながら、この装置は同種のものが商用的にあるものではなく、本研究において新しく設計したものであり、今後予期せぬ熱流入の軽減や、磁場変化による誘導電流による冷却素子の発熱などの問題を１つ１つ解決する必要がある。2023年度は2022年度に導入された高速磁場変化機構を備えた全固体冷却法の冷却試験機の改造、最適化を行う。それにより、平行して行なっていく予定の磁気冷凍材料、熱スイッチ、蓄冷材の候補物質の選定や最適化、性能の最大化と合わせて、本研究の目的である全固体冷却法の基盤技術の開発を推進する予定である。
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Machine learning assisted development of Fe2P-type magnetocaloric compounds for cryogenic applications2022
Author(s)
BOLYACHKIN, Anton, LAI, Jiawei, DENGINA, Ekaterina, TERADA, Noriki, DIEB, Sae, TANG, Xin, OHKUBO, Tadakatsu, SEPEHRI AMIN, Hossein, HONO, Kazuhiro
Organizer
日本金属学会 2022年秋期第171回講演大会
-
-
-
