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2019 年度 実績報告書

ルテニウム酸化物の巨大負熱膨張を活用した新規熱膨張抑制剤の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H02763
研究機関名古屋大学

研究代表者

竹中 康司  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60283454)

研究分担者 竹澤 晃弘  広島大学, 工学研究科, 准教授 (10452608)
片山 尚幸  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (50623758)
岡本 佳比古  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90435636)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード新機能性材料 / 負熱膨張 / 熱膨張制御 / 材料組織効果 / 微粒子 / ゾルゲル法 / 圧縮ねじり法
研究実績の概要

課題①高機能化と微粒子化:Ca2RuO4と同様の材料組織効果による負熱膨張を示すことが本基盤研究で見出されたCu2V2O7系について、ゾルゲル法による微粒子合成に成功した。バルクと遜色ない負熱膨張(線膨張係数α~-13 ppm/K)を、スプレードライ法で得られるより小さな粒径(~1μm)で実現した。また、ゾルゲル法では、固相反応法やスプレードライ法では難しかった希土類元素の置換にも成功した。希土類の特徴的な磁性や電子状態を活かした新機能の出現が期待される。
課題②金属や樹脂との複合化:課題①で得られた負熱膨張性微粒子をエポキシ樹脂と複合化し、その熱膨張抑制効果を検証した。その結果、エポキシ樹脂より大きなヤング率を反映し、体積比率から予測されるよりも大きな熱膨張抑制効果を確認した。また、圧縮ねじり法による負熱膨張性マンガン窒化物とアルミニウムの複合化に取り組み、放電プラズマ焼結より緻密な複合体の形成に成功した。負熱膨張材料と金属の新しい複合化手法として注目されている。
課題③材料組織効果の機構解明:Ca2RuO4における負熱膨張増強のメカニズム解明については、詳細な電子線回折と放射光X線回折の実験により、これまで見落とされていた単斜晶歪にともなう電子軌道の整列と融解が本質的に重要であることを示した。これにより、RuO6八面体がc軸方向に潰れたヤーンテラー歪みを伴うdxy軌道秩序がCa2RuO4の巨大負熱膨張の起源であることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Fabrication of Metal Matrix Composite Containing Manganese Nitride Showing Giant Negative Thermal Expansion by Compressive Torsion Processing2021

    • 著者名/発表者名
      K. Takenaka, K. Otsuka, Y. Okamoto, Y. Kume, and M. Kobashi
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 62 ページ: 590-595

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2020363

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Annealing effects on negative thermal expansion properties of ball-milled β-Cu1.8Zn0.2V2O7 fine particles2020

    • 著者名/発表者名
      V. Warne-Lang, M. Sato, M. Ozeki, Y. Kadowaki, Y. Yokoyama, N. Katayama, Y. Okamoto, and K. Takenaka
    • 雑誌名

      Ceramics International

      巻: 46 ページ: 27655-27659

    • DOI

      10.1016/j.ceramint.2020.07.261

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sol-gel synthesis of doped Cu2V2O7 fine particles showing giant negative thermal expansion2020

    • 著者名/発表者名
      M. Sato, V. Warne-Lang, Y. Kadowaki, N. Katayama, Y. Okamoto, and K. Takenaka
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 ページ: 075207-1~6

    • DOI

      10.1063/5.0010631

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Annealing effect on local structure and negative thermal expansion of anitperovskite manganese nitride fine particles2020

    • 著者名/発表者名
      M. Ozeki, V. Warne-Lang, H. Tsukasaki, Y. Sakai, N. Katayama, Y. Okamoto, M. Azuma, S. Mori, and K. Takenaka
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 ページ: 075501-1~5

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ab92f0

    • 査読あり
  • [雑誌論文] スプレードライ法によるβ-Cu1.8Zn0.2V2O7セラミック微粒子の負熱膨張特性2020

    • 著者名/発表者名
      竹中康司, 佐藤みく, 西川智洋, 大村卓也, 山田展也, 横山泰範, 片山尚幸, 岡本佳比古
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 84 ページ: 161-166

    • DOI

      10.2320/jinstmet.J2019053

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spray-dry synthesis of β-Cu1.8Zn0.2V2O7 ceramic fine particles showing giant negative thermal expansion2020

    • 著者名/発表者名
      K. Takenaka, M. Sato, M. Mitamura, Y. Yokoyama, N. Katayama, and Y. Okamoto
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society

      巻: 103 ページ: 2757-2763

    • DOI

      10.1111/jace.16931

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 負熱膨張性微粒子による電子デバイスのサーマル・マネジメント2020

    • 著者名/発表者名
      竹中康司
    • 雑誌名

      粉体および粉末冶金

      巻: 67 ページ: 499-504

    • DOI

      10.2497/jjspm.67.499

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Y substitution on the electronic structure and charge dynamics of SmS2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Yokoyama, H. Hasegawa, Y. Mizuno, D. Asai, Y. Okamoto, H. S. Suzuki, K. Takehana, Y. Imanaka, and K. Takenaka
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 ページ: 245143-1~7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.100.245143

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Valence fluctuations and giant isotropic negative thermal expansion in Sm1-xRxS (R=Y, La, Ce, Pr, Nd)2019

    • 著者名/発表者名
      D. Asai, Y. Mizuno, H. Hasegawa, Y. Yokoyama, Y. Okamoto, N. Katayama, H. S. Suzuki, Y. Imanaka, and K. Takenaka
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 114 ページ: 141902-1~5

    • DOI

      10.1063/1.5090546

    • 査読あり
  • [学会発表] Fine particles showing giant negative thermal expansion2019

    • 著者名/発表者名
      K. Takenaka
    • 学会等名
      3rd International Symposium on Negative Thermal Expansion and Related Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 負熱膨張性微粒子による電子デバイスのサーマル・マネジメント2019

    • 著者名/発表者名
      竹中康司
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会令和元年度秋季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 負熱膨張性微粒子による電子デバイスのサーマル・マネジメント2019

    • 著者名/発表者名
      竹中康司
    • 学会等名
      ニューセラミックス懇話会第238回研究会「セラミックス材料の新規合成法-薄膜化と微粒子化-」
    • 招待講演
  • [図書] エレクトロニクス用セラミックスの開発、評価手法と応用2020

    • 著者名/発表者名
      竹中康司
    • 総ページ数
      543
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-798-5
  • [産業財産権] 負熱膨張材料、複合材料および負熱膨張材料の製造方法2020

    • 発明者名
      竹中康司, 岡本佳比古, 横山泰範, 片山尚幸
    • 権利者名
      国立大学法人東海国立大学機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-198758

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公開日: 2021-12-27  

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