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Study on synthesis of new substances by control of thermodynamic metastability

热力学亚稳态控制新物质合成研究

基本信息

批准号：
21H01602
负责人：
大谷博司
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Toyota Physical and Chemical Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01602/
关键词：
熱力学的準安定性活性化エネルギー第一原理計算

项目摘要

準安定物質は，自然界にも人工物としても豊富に存在し，その多くは優れた特性を持っている．準安定物質にはたいへん大きな可能性があるが，研究室での実験はいまだに試行錯誤のプロセスに留まっている．したがって準安定物質の合成方法は，まだほとんどわかっていないと言って良い．これは準安定相が現れる本質的な理由を理解できていないことに原因がある．このような背景から，本研究では準安定性の指標となる周辺相とのエネルギー差や活性化のエネルギー障壁に関する熱力学的考察と実験的検討を実施している．令和四年度は，研究拠点を豊田理化学研究所から東北大学に移したことに伴う実験装置立ち上げの遅れがあったため，この研究の基礎的情報である理論状態図の計算に注力した．このような理論状態図の精密化により，磁性材料の候補であるFe-Si-Ni三元系をはじめとする多くの理論状態図が構築された．そこで今年度は，このような理論合金状態図の構築の過程で見出される多数の準安定構造を合成する際の指標となるエネルギー障壁の計算による定量化と実験的検討を行う予定である．すなわち準安定物質を合成できるか否かは，生成物（母相）と反応物（目的の準安定物質）との間の反応の活性化エネルギーの大きさと外的な熱揺動によるエネルギーの関係が最も重要であることに着目し，第一原理的経路探索法を組み合わせて，活性化エネルギーの評価を行う．さらにその結果に基づいて，メカニカルアロイング法で原料粉末を均一なアモルファス状態に励起し，母相を不安定化したのちに放電プラズマ焼結法を用いて焼結し，その組織と構成相の組成を検討する．

Quasi-stable substances exist in abundance in nature, and many of them have excellent properties. A quasi-stable substance may be found in the laboratory. The synthesis method of quasi-stable substances is different from that of ordinary substances. The reason why the quasi-stable phase appears is to understand the reason. Given this background, this study will conduct a thermodynamic investigation and practical discussion on the indicators of quasi-stability, the peripheral phase difference, and the peripheral barrier to activation. In the fourth year of this year, the research point of the Tohoku Institute of Physical Chemistry was transferred to the Tohoku University. The theoretical state of the Fe-Si-Ni ternary system is refined. This year, the process of constructing the theoretical alloy state is found, and most of the quasi-stable structures are synthesized. The relationship between the product (parent phase) and the reaction product (target quasi-stable substance) and the activation of the reaction product is the most important. The relationship between the reaction product and the reaction product is the most important. As a result, the composition of the raw material powder, homogeneous state, excitation, parent phase instability, sintering, and structural phases was discussed.