| 研究課題/領域番号 |
19K05290
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高橋 弘紀 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (60321981)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 磁場中溶融凝固 / その場観察 / 磁気力 |
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| 研究実績の概要 |
磁場，磁気力場を利用した新規プロセスによる材料の高品質化や高機能化を目指すにあたり，本年度では試料空間を２次元に制限した過熱・観察装置を作製し，その場観察による材料作製および結晶成長過程の観察と作製条件の最適化を進めている．装置設計においては，既存の装置を使用して結晶作製条件をある程度詰めた上で新しい装置を作製する予定であったが，尿素を試料とした実験においては真空中で作製することが試料の分解を防ぐことが分かり，大気中でおこなっていたこれまでの結果とは大きく異なる結果が得られた．真空中で過熱することで針状結晶は作製されず，尿素の微結晶ができることが分かった．そのため，当初の装置設計を変更する必要が生じ，より最適化するために予備実験を繰り返した．また，重力と磁気力の効果を分離するため，横向きに設置できるマグネットを用いて水平方向の磁場勾配中での実験も実施した．そこではアルミナ製の試料容器は磁気力によって強く引かれ，何らかの固定をしないと動いてしまうことが分かった．また鉛直方向での実験においても，SUS304製の水冷ジャケットが磁気力の影響で動くため，動きが制限されない方向に力を受ける場合には固定の必要があることが分かった．これらの結果を踏まえて新しい装置の設計を実施する．
尿素の微結晶生成においては，容器内で微結晶ができる領域が温度分布のみではなく磁気力の大きさに依存することが確認された．上向きの磁気力が大きい条件では，より上方に微結晶が集中していた．これは，磁気力によって結晶ができる位置を制御する試みに通じる結果である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初，尿素の磁場中溶融凝固における針状結晶の出現に対する磁場および磁気力場の影響を調べる目的で，２次元的な試料空間を持つその場観察が可能な炉の設計と製作を計画していたが，予備実験の過程で溶融条件を変えることによって針状結晶ではなく微結晶が成長することが分かった．針状結晶は尿素の過加熱により生成したビウレットの可能性が高い．そのため尿素の結晶成長としては微結晶成長の条件を調べるがことが炉の設計にとって重要と考え，その調査に重点を置いたため炉の製作は計画よりも遅れることとなった．
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| 今後の研究の推進方策 |
新しい炉の製作は遅れているが，製作前に微結晶出現の条件が分かってきたので，その環境を装置の設計・製作に取り入れることが可能である．今後は，２次元の試料空間で成長過程を観察するという当初の計画を活かしながら温度分布も制御できるような構造のその場観察炉を製作し，磁場中での実験を実施していく予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じている理由は上述の通り装置の製作が遅れていることが理由であり，設計の再検討後，製品・部品の発注によって速やかに使用することになる．次年度分は当初の計画通り，試料原料の購入や装置の軽微な改良および成果発表旅費等に使用する計画である．
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