| 研究課題/領域番号 |
19K05652
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 徳島大学 |
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研究代表者 |
村井 啓一郎 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (60335784)
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| 研究分担者 |
森賀 俊広 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (90239640)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 負の熱膨張材料 / ゼロ熱膨張材料 / リン酸タングステン酸ジルコニウム / 負の熱膨張 / イオン置換 / 熱膨張制御 / 焼結助剤 / 相対密度 / 熱郷帳係数 / 熱膨張 / 熱収縮 / 固相反応法 / 高温X線回折法 / 結晶化学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，室温から500度までの温度領域で構造相転移を発現せず，かつ負の熱膨張を示すことが知られているリン酸タングステン酸ジルコニウムに着目し，体積収縮メカニズムを明らかにする。さらに結晶構造中の空隙での熱振動を抑制することで熱膨張を自在に制御できる物質の開発に取り組む。
本研究は，結晶中のイオンサイズおよび化学結合の強さという結晶化学的側面から負の熱膨張メカニズムを明らかにするという学術的価値を有し，半導体などマイクロ・ナノオーダーでの制御が求められる電子関連分野の発展にも大きく寄与できるものである。
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| 研究成果の概要 |
本研究では，室温から500度までの温度領域で構造相転移を発現せず，かつ負の熱膨張を示すことが知られているリン酸タングステン酸ジルコニウム（Zr2WP2O12）に着目し，高温その場観察XRDなどを駆使し，リートベルト解析により，温度変化に伴う原子位置の精密化，温度因子による熱振動振幅の定量化を行うことで体積収縮メカニズムを明らかにした。
さらに ①異なるサイズのイオンで置換することにより熱収縮に寄与する空隙を縮小させる ②化学結合性の異なるイオンで置換することにより，その空隙中での熱振動を抑制することで熱膨張を自在に制御できる物質の開発に取り組んだ。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年半導体分野などの目覚ましい発展に伴い，さまざまな機能性材料が新規に開発・合成され，多くの半導体デバイスや光学用途に用いられてきた。その多くは正の熱膨張係数を有するが，近年，ナノテクノロジーの発展により，それらの小型化が進み，ICチップなどでの高密度大容量化が可能となり，高精度な位置・体積制御が求められている。
最近ではゼロ熱膨張材料の需要が高まっており、単一のゼロ熱膨張材料の開発が望まれていたが、本研究ではゼロ熱膨張材料の合成に成功し、上記問題に一定の解決策を提示できた。
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