著しい格子軟化を利用した弾性熱量効果―新しい冷凍材料としての可能性

• 研究課題/領域番号: 26289230
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属物性・材料
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 福田 隆 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50228912)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円); 2016年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2014年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: マルテンサイト変態 / 格子軟化 / 磁気冷凍 / 冷凍材料 / 金属物性 / 構造・機能材料 / 低温物性

研究成果の概要

形状記憶合金が典型的な1次の応力誘起マルテンサイト変態ならびに逆変態するときに発生・吸収する変態潜熱にともない試料温度が大きく変化する．この効果は近年新たな冷凍方法として期待されている．しかしながら，多くの形状記憶合金では，ヒステリシス損失と繰り返しによる特性劣化が問題となっている．本研究では，弱い1次のマルテンサイト変態を示すFe-Pd系の形状記憶合金を用いることで，これらの問題が解決できることを示した．この合金では変態潜熱を利用するのではなく，弾性変形の温度依存性を利用することにより，顕著な弾性熱量効果があらわれる．

研究成果

• [国際共同研究] Shanghai Jiao Tong University(China)
• [国際共同研究] Academy of Sciences(チェコ)
• [国際共同研究] Shanghai Jiao Tong University(China)
• [国際共同研究] Academy of Science of the Czech Republic(チェコ)
• [国際共同研究] Maryland University(米国)
• [雑誌論文] Elastocaloric effect induced by the rubber-like behavior of nanocrystalline wires of a Ti-50.8Ni(at.%) alloy (2017)
  • 著者名/発表者名: Xiao Liang, Fei Xiao, Mingjiang Jin, Xuejun Jin, Takashi Fukuda, Tomoyuki Kakeshita
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 134 ページ: 42-46
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.02.026
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Inverse elastocaloric effect in a Ti-Ni alloy containing aligned coherent particles of Ti3Ni4 (2016)
  • 著者名/発表者名: Fei Xiao, Takashi Fukuda, Tomoyuki Kakeshita
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 124 ページ: 133-137
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2016.07.016
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stable elastocaloric effect under tensile stress of iron-palladium alloy and its in situ X-ray observation (2016)
  • 著者名/発表者名: Fei Xiao, Xiao Liang, Xuejun Jin, Zhihua Nie, Tomoyuki Kakeshita, Takashi Fukuda
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 118 ページ: 88-94
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2016.07.030
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large elastic strain and elastocaloric effect caused by lattice softening in an iron-palladium alloy (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Kakeshita, Takashi Fukuda
  • 雑誌名: Philosophical transactions of the royal society A 巻: 374 号: 2074 ページ: 2015312-2015312
  • DOI: 10.1098/rsta.2015.0312
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evolution of soft-phonon modes in Fe-Pd shape memory alloy under large elastic-like strains (2016)
  • 著者名/発表者名: Hanus Seiner, Takashi Fukuda et al.
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 105 ページ: 182-188
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2015.12.025
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Large elastic strain of Fe3Pt in the [001] direction (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi, T. Fukuda, T. Kakeshita
  • 雑誌名: Materials Today Proceedings 巻: 2S
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamic mechanical analysis of weak first-order martensitic transformation in an iron-palladium alloy (2015)
  • 著者名/発表者名: Fei Xiao, Takashi Fukuda, Tomoyuki Kakeshita, Mingjiang Jin, Xuejun Jin
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 648 ページ: 211-215
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Elastocaloric effect by a weak first-order transformation associated with lattice softening in an Fe-31.2Pd (at.%) alloy (2015)
  • 著者名/発表者名: Fei Xiao, Takashi Fukuda, Tomoyuki Kakeshita, Xuejun Jin
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 87 ページ: 8-14
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2015.01.004
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Ti3Ni4を配向析出させたTi-Ni合金における応力誘起逆変態にともなう熱量効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 福田隆，シャオフェイ，掛下知行
  • 学会等名: 日本金属学会2017春期講演大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] 著しい格子軟化を示すFe基合金における弾性的巨大変形と熱量効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福田隆，掛下知行
  • 学会等名: 日本金属学会2016秋期講演大会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2016-09-21
• [学会発表] Neutron diffraction study on elastic deformation of an iron-palladium ferromagnetic shape memory alloy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Fukuda, T. Yamaguchi, T. Kakeshita, S. Harjo, T. Kawasaki
  • 学会等名: ICFSMA’16
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会
• [学会発表] Elastocaloric effect caused by lattice softening in an iron-palladium shape memory alloy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Fukuda, F. Xiao, T. Kakeshita
  • 学会等名: PRICM9
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2016-08-01
  • 国際学会
• [学会発表] Elastocaloric effect in an iron-palladium shape memory alloy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kakeshita, F. Xiao, T. Fukuda
  • 学会等名: CIMTEC2016
  • 発表場所: Perugia, Italy
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] BCTマルテンサイトへと変態するFe3Pt単結晶の[001] 圧縮変形下における変形挙動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口貴士，福田隆，掛下知行
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] Fe-Pd合金に生成するマルテンサイト相ならびに母相の比熱 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福田隆，シャオフェイ，山口貴士，佐藤和則，掛下知行
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 東京理科大学
  • 年月日: 2016-03-23
• [学会発表] 弱い１次のマルテンサイト変態を示すFe-Pd合金における[001]圧縮応力下での格子変形 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口貴士，福田隆，掛下知行
  • 学会等名: 材料物性工学談話会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-01-27
• [学会発表] Large lattice strain in Fe3Pt exhibiting a second order like martensitic transformation (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Yamaguchi, Takashi Fukuda, Tomoyuki Kakeshita
  • 学会等名: International conference on solid-solid phase transformations in inorganic materials
  • 発表場所: Whistler, Canda
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] A Large Elastic Strain in Fe-Pd and Fe-Pt Shape Memory Alloys (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Fukuda, Tomoyuki Kakeshita
  • 学会等名: Shape Memory and Superelastic Technology
  • 発表場所: OXFORD SHIRE
  • 年月日: 2015-05-18
  • 国際学会
• [学会発表] 弱い１次のマルテンサイト変態を示すFe-31.2Pd合金における弾性熱量効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: Fei Xiao, 福田隆，掛下知行
  • 学会等名: 日本金属学会2015春期講演大会
  • 発表場所: 東京大学 駒場キャンパス
  • 年月日: 2015-03-18 – 2015-03-20
• [学会発表] Fe3Ptに生成する３種のマルテンサイトの結晶磁気異方性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 福田隆，山本将貴，山口貴士，掛下知行
  • 学会等名: 日本磁気科学会 第９回年会
  • 発表場所: 高山市文化会館
  • 年月日: 2014-11-13 – 2014-11-14
• [学会発表] FCC-FCT変態を示すFe-31.2Pd合金の制振特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: Fei Xiao, 福田隆，掛下知行
  • 学会等名: 日本金属学会2014秋期講演大会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Magnetocrystalline anisotropy in three martensites of Fe3Pt (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Fukuda, Masataka Yamamoto, Takashi Yamaguchi, Tomoyuki Kakeshita
  • 学会等名: ICOMAT 2014
  • 発表場所: Bilbao, Spain
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-11
• [備考] 科研の成果報告
  • URL: http://www.mat.eng.osaka-u.ac.jp/mse1/achievement/index.html