| 研究課題/領域番号 |
21H01618
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
磯部 敏宏 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (20518287)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
2023年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2021年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
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| キーワード | 熱膨張 / 相転移 / 結晶構造解析 / 元素置換 / フィラー / コールドシンタリング / セラミックス / 熱膨張率 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
負の熱膨張率を有する材料は、Society 5.0や超スマート社会に必要なデバイスに必要とされている材料である。広い温度域で巨大な熱収縮を示し、可能な限り安価で安全な組成であることが求められている。しかし、これらの条件を十分に満足する材料はこれまでに報告されていない。Zr2SP2O12は、広い温度域が特長のフレームワークモデルと巨大な熱収縮が特長の相転移モデルを併せ持つことで、これまで達成できなかった広い温度域と巨大な熱収縮の両立を実現できる可能性がある。本研究は、Zr2SP2O12の熱収縮メカニズムを解明、およびこの材料の温度域と熱収縮を極限まで高めることを目的とするものである。
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| 研究成果の概要 |
Zr2SP2O12の収縮メカニズムを高温XRDによる結晶構造解析で分析したところ、フレームワークモデルによる熱収縮はZrO6とPO4(またはSO4)の結合角の変化によるものであり、相転移モデルによる熱収縮はZrO6八面体の歪みと関係していると考えられた。これらの結果から、P(S)サイトの元素置換より、Zrサイトの元素置換が有効と考え、Zr2-xMxSP2O12で記述される物質を複数合成に取り組んだ。その結果、複数の物質が単相で得られることを確認し、最大で約1.5倍大きな負の熱膨張を示す負熱膨張材料の合成に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
負熱膨張材料は、IoTや5Gなどに用いられるスマートデバイスに必要な材料である。代表者等が発見したZr2SP2O12は、負熱膨張材料の2大収縮メカニズムであるフレームワークモデル（広い温度域が特長）と相転移モデル（巨大な熱収縮が特長）を併せ持つ世界初の物質であり、その収縮メカニズムの解明は学術的に意義深い。また、メカニズムの解明に基づき、Zr2SP2O12を高性能化できれば、産業的にも重要な材料となる。実際に、本研究成果を元にした特許の出願や、本科研費に関連する研究で、民間企業への技術移転に成功したことから、社会への波及効果の高い研究といえる。
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