| 研究課題/領域番号 |
22H00263
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
中村 裕之 京都大学, 工学研究科, 教授 (00202218)
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| 研究分担者 |
池野 豪一 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30584833)
小林 寿夫 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (40250675)
和氣 剛 京都大学, 工学研究科, 助教 (50463906)
酒井 宏典 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (80370401)
井原 慶彦 北海道大学, 理学研究院, 講師 (80598491)
加藤 将樹 同志社大学, 理工学部, 教授 (90271006)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
42,640千円 (直接経費: 32,800千円、間接経費: 9,840千円)
2024年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)
2022年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
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| キーワード | フェライト磁石 / 六方晶フェライト / 元素置換 / サイト選択置換 / 局所異方性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
六方晶フェライトは磁気機能性材料として注目されている物質群である。元素置換によりその特性は大きく変化するが，六方晶フェライトのような単位胞が大きく多数の非等価なサイトを内包する多席化合物において，元素置換効果は置換元素濃度のみで表現することはできない。すなわち元素置換サイトを特定する必要がある。置換元素のサイト占有分布は従来必然的で一意的なものと考えられていたが，これを能動的に制御することで，より高性能な材料開発が可能となる。本研究では，その高性能化・新機能開発を念頭に，置換元素の結晶内分布の実験室レベルでの可視化，能動的サイト選択置換法の開発，およびそれを通じた磁気特性制御を行う。
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| 研究実績の概要 |
Co置換W型フェライトの化学量論組成単相試料の合成条件が確立した。すなわち、様々な温度、酸素分圧下で試料合成を行い、各温度での平衡酸素分圧を改めて詳しく調査することで相図の精度が向上した。このことはW型磁石の実現に向けた前進と位置づけられる。
La-Co置換M型フェライトではCoが複数のFeサイトを占有することが知られているが、一軸異方性の増強に寄与するのは四面体配位の4f1サイトを占有するCoのみである。従って、異方性増強にはCoを4f1サイトに集める必要がある。その方法論の一つとして、ポストアニール効果を詳細に検討した。ポストアニール効果が有効であることはDFT計算の結果をもとに予測されたが、それを実験的に確認した。また、ポストアニールによる磁気異方性の変化のモデル解析から、4f1サイトを占有するCoとそれ以外のサイトのCoの局所異方性の定量化に成功し、前者が一軸異方性、後者が面内異方性であることを検証した。さらに、Coに加えてMnを添加することが異方性増強に有効であることや、磁化増大を目的とするZn置換の固溶限拡張に酸素加圧が有効であること等を確認した。これらの知見は、高性能M型フェライト磁石でのCoの有効利用や性能向上への道を開くものである。
六方晶フェライトの一つであるY型フェライトに研究を拡張した。置換元素を含まないY型フェライトBaFe7O11は、基礎物性もほとんど未知であったが、その合成法を初めて確立し、低温域で構造相転移が起きることを発見した。結果的に六方晶フェライトの基礎的知見が増加した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
W型、M型、Y型の六方晶フェライトの研究でそれぞれに進展があった。また、サイト分布可視化およびサイト依存局所異方性検出システムの構築もほぼ完了し実証段階に至った。よって、研究は順調に推移している。
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| 今後の研究の推進方策 |
W型フェライトは次世代の高性能フェライト磁石の母材と目されているが、磁石化は長く実現されていない。相安定性に関する理解が進みつつあることから、磁石化に向けた組成設計や合成条件開発の段階にある。今後はW型の固体化学的研究で実績のあるドイツのグループとの国際共同研究を行う予定である。その研究を通じてW型磁石の実現を目指す。
現行の高性能磁石母材であるCo置換M型フェライトに関しては、既に得られている高性能化指針に則り、保磁力に加えて磁化を大幅に増やすための母相の最適組成を探索する。さらにポストアニール条件の検討によりCoの有効利用を念頭においた性能向上を目指す。
Y型フェライトの相安定性や固有物性には未解明な点が残っている。そのため、M型やW型に適用した本研究の手法をY型にも適用し、新たな機能開拓に繋げる。
様々な微視的実験手法およびDFT計算をM型以外の六方晶フェライトに拡張し、置換元素サイトの同定、およびサイト選択置換法を検討する。特に核磁気共鳴法を用いたサイト分布可視化およびサイト依存局所異方性検出システムを実際にCo置換六方晶フェライトに適用する。
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