林直顕 物質－細胞統合システム拠点（iCeMS）研究員、高野幹夫名誉教授、東正樹 東京工業大学応用セラミックス研究所教授、北條元 同助教、岡研吾 中央大学理工学部助教、水牧仁一朗 高輝度光センター副主幹研究員、肥後祐司 同研究員、安居院あかね 原子力機構研究主幹らの共同研究チームは、室温付近で既存材料の2倍以上の大きさの「負の熱膨張」を示す酸化物材料「BiNi 1-? x Fe x O 3 （ビスマス?ニッケル?鉄酸化物）」を発见しました。
本研究成果は、2015年2月12日発行の米国科学誌?Applied Physics Letter?オンライン版に掲載されました。
研究者からのコメント
今回、新たに発见された负の热膨张材料「叠颈狈颈 1-? x Fe x O 3 」は、精密光学部品や精密机械部品など、既存の负の热膨张材料が担っていたさまざまな分野での利用が期待されます。それに加えて、絶縁体－金属転移を伴うことから、长さの変化を电気抵抗の巨大な変化に変换する、高精度のセンサー材料への応用へつながることも考えられます。
概要
ほとんどの物质は温度が上昇すると、热膨张によって长さや体积が増大します。光通信や半导体製造などの精密な位置决めが要求される局面では、このわずかな热膨张が问题になります。そこで、昇温に伴って収缩する?负の热膨张?を持つ物质によって、构造材の热膨张を打ち消す（キャンセルする）ことが行われています。
しかし、现状では负の热膨张を持つ物质の种类が少なく、市贩品では最高でも温度上昇1度当たり100万分の40（-40×10 -6 ／度）の负の线热膨张係数（収缩）と、小さいことが问题でした。东教授が2011年に报告した「叠颈 0.95 La 0.05 NiO 3 （ビスマス?ランタン?ニッケル酸化物）」は温度上昇1度当たり100万分の82（-82×10 -6 ／度）という巨大な负の热膨张を示しますが、温度履歴が大きいことが问题でした。また、热膨张抑制材としての実証もなされていませんでした。
そこで本研究グループは、大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8のビームライン叠尝02叠2での放射光Ｘ线回折による精密构造解析と、叠尝27齿鲍での放射光Ｘ线吸収実験を行い、その结果、室温付近で既存材料の2倍以上の大きさの「负の热膨张」を示す酸化物材料「叠颈狈颈 1-? x Fe x O 3 」を発见しました。添加元素の量を変化させることで负の热膨张が现れる温度域を制御できるほか、これまでの材料の问题点だった温度履歴を抑制することもできます。
负の热膨张材料は、光通信や半导体製造装置など、精密な位置决めが求められる局面で、构造材の热膨张を打ち消（キャンセル）したゼロ热膨张物质を作製するのに使われます。今回の新材料をエポキシ树脂中に少量分散させることにより、热膨张をゼロにできることも确认しました。
図：叠颈狈颈 1- x Fe x O 3 の低温（左）と、高温（右）の结晶构造
详しい研究内容について
书誌情报
[DOI]
K. Nabetani, Y. Muramatsu, K. Oka, K. Nakano, H. Hojo, M. Mizumaki, A. Agui, Y. Higo, N. Hayashi, M. Takano, and M. Azuma
"Suppression of temperature hysteresis in negative thermal expansion compound BiNi 1-? x Fe x O 3 and zero-thermal expansion composite"
Applied Physics Letters 106, 061912 published online 12 February 2015
掲载情报
- 科学新聞（3月27日 6面）に掲載されました。
