| 研究課題/領域番号 |
25420697
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
竹屋 浩幸 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主席研究員 (80197342)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | フラーレン / 超伝導 / ナノウィスカー |
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| 研究実績の概要 |
昨年度までの3年間、液相液相界面法(LLIP法)で合成されたフラーレンナノウィスカー(C60NWs)にアルカリ金属をドープすることにより、Tc＞20K（水素の沸点）で動作する軽量超伝導線材を開発することを目的として研究を行ってきた。ＫドープC60NWsについては、特に多くの超伝導特性について評価を行った。それにより、10万アンペア/平方センチメートル以上の臨界電流密度で電流を流せる実用線材としてのポテンシャルがあることがわかった。ＴＥＭ観察で見られるナノレベルの欠陥、ナノポアの存在により、Ｋが素早くC60NWs全体に行き渡り、試料全体が超伝導相K3C60NWsになることが分かった。Ｋと同様にRb、RbCs2ドープの実験を行った。ＲｂについてはＫほど超伝導相の形成量は大きくなく、24時間で体積分率10％、RbCs2ドープの場合には7％程度であった。Kとの質量の違いによりRbやCsでは移動速度が遅いこと、RbCs2では2種類のアルカリ金属の試料内分布の均質化に時間がかかることを理由として考察した。
アルカリドープC60NWsを線材とするためには、そのままでは空気中で不安定であることが問題である。そこで、C60NWsの軽さを生かせるようなコーティング剤を探したが、適当なものを見つけることはできなかった。そこで、今年度は金属パイプをシース材として使うことを試みた。なるべく軽い金属を候補として、Al, Al合金, Ti, Ag, Cu, 真鍮等を試した。その結果、Ag、真鍮ではシース内部に詰めたK3C60超伝導体に電流を流すことができた。真鍮に詰めた場合の臨界電流密度を求めると５Ｋで586アンペア／平方センチメートルとなった。これは、実用化に充分な値ではないが、C60超伝導体を線材として使用するという目標を達成するための、世界で初めての結果である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究実績の概要において記載したように、ＴＥＭ・ＳＥＭ観察で見られるナノレベルの欠陥、ナノポアが存在することによって、Ｋが素早くC60NWs全体に行き渡り、試料全体が超伝導相K3C60NWsになり、５Ｔの磁場中においてもK3C60NWsでは10万アンペア/平方センチメートル以上の臨界電流密度で電流を流せる実用線材としてのポテンシャルがあることがわかった。しかし、アルカリ金属の高い反応性から、ナノ繊維をコーティング剤で被服することを模索したが適当な材料が見つからなかった。そこで、フラーレンナノウィスカーの実用線材としての可能性を確認するために、さまざまな種類の金属シースを試した。このとき、アンモニア溶媒を用いた毛細管現象により試料充填を行う方法を開発した（特願2015-138090）。この方法により、製造したK3C60短尺線材について臨界電流密度をも求めると５Ｋで586アンペア／平方センチメートルとなった。これは、実用化に充分な値ではないが、C60超伝導体を線材として使用するという目標を達成するための、世界で初めての結果であり、これをベースに2016年度の研究を進める。以上の経過は順調な研究の進展と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
アンモニアを用いると、アルカリ金属のC60内部への分散が200度で3時間程度の加熱で済み、試料全体が超伝導を示す。今後は、特許出願した本方法を用いて試料充填を行い、高品質な超伝導原料を用いて、溝ロール、平ロール、線引き装置を用いて超伝導線を作成する。そして臨界電流密度Ｊｃ測定を行う。これまでと同様にＫ、そしてＲｂ、ＲｂＣｓ２のドーピングを行う。また、Ｃ７０、Ｃ８０等の非超伝導物質をＣ６０に混入し磁束トラップのためのピニングセンターとして働くか、どのように働くかを通して、より高いＪｃのフラーレン線材を作製し、実用線材としての評価を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
測定装置SQUID等冷却が必要な装置を冷やすため、液体ヘリウムの購入が必要であり購入予定だったが、昨年度は一部他予算での手当てができ予算的に余裕ができたので、翌年度早々の学会等への参加登録費、ヘリウムに使用することが、予算の有効活用であると考えて使用計画を変更した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
液体ヘリウム200Ｌ（388,000円）、The 10th International Conference on New Diamond and Nano Carbon会議出席のための参加登録費（64,975円)に使用することを予定
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