| 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 – 2018-03-31
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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 |
研究の前半では、アルカリドープ・フラーレンナノウィスカーの線材化を目指して、最適な加熱温度と加熱時間等について検討し、それまで報告されていなかった、短時間（２４時 間程度）で８０％以上の超伝導体積分率を実現することができ、論文・新聞・雑誌等で発表してきた。後半の研究では、フラーレンの軽量性を超伝導線材へと応用するための基礎研 究を行うことを目標とした。一番の問題はアルカリ金属の反応性が高いためそのままでは空気中で不安定であることである。そこで、コーティング法を検討しアルカリ金属と反応せずかつ酸素を透過させないような剤を探したが、酸素を通さない最適コーティング材料は見つからず引き続き探しているところである。本年度は、熱処理時間の検討を行い、前半で行っていた固相拡散反応法から、液体アンモニアにアルカリ金属を溶解させてフラーレンと反応させる方法を採用することによって以前の２００度２４時間程度の時間から２００度１０分以下の反応時間、１／１００の反応時間の短縮に成功した。また、金属シース材に充填して線引きし、超伝導線材としての材料特性を測定することを最終テーマにした。特に一昨年度まで使用していた真鍮からモネルにシース材を変更し、より細く線引きすることによって緻密な線材にした。この結果、現在測定の途中ではあるが、カリウム添加フラーレンで単位平方センチ面積当たり５００A以上流すことができるデータを得た。
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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
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500アンペア／平方センチメートル以上となった。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。さらにより細い溝ロールを用いてフラーレンの充填率を上げ粒界の密着性をよくすることによって、電流密度を上げるために実験を行なっている。以上の経過は順調な研究の進展と言える。ただし、他予算による臨界電流密度装置の立ち上げが遅れており、大電流を流す実験が遅れたので延長申請を行った。この実験は研究テーマの締めくくりとして必要であり、その結果を平成２９年度の学会で発表する予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２８年度までに、フラーレンについての当所の目的であった超伝導線材としての素材研究はほぼ終えているが、さらに実用線材として使用することを見据えて、現在立ち上げ中の大電流を流せる界電流密度測定装置により、線材評価を精緻に達成する。予算については、SQUID装置の改善を行い液体ヘリウムの使用量が格段に減り、残額を平成２９年度に行う臨界電流密度実験と国際低温会議で成果報告に使用予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
予算については、中古品のクライオクーラーをSQUID装置に設置し、液体ヘリウムの使用量が格段に減らすことができ、節約することができたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成２８年度までに、フラーレンについての当所の目的であった超伝導線材としての素材研究はほぼ終えているが、さらに実用線材として使用することを見据えて、現在他予算で立ち上げ中の大電流を流せる界電流密度測定装置により、線材評価を精緻に達成するための液体ヘリウム等消耗品に使用する。また、その結果を国際低温会議にて発表するための登録費、旅費に用いる。
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