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Preparation of negative thermal expansion materials having two shrinkage mechanisms and evaluation of that heat shrinkage mechanism

具有两种收缩机制的负热膨胀材料的制备及其热收缩机制的评价

基本信息

批准号：
21H01618
负责人：
磯部敏宏
金额：
$ 10.4万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
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 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度のメカニズムの解明に関する検討を通じて、Zr2SP2O12の熱膨張率はZrサイトを元素置換することでより低下させる（高機能化）させることが可能と結論づけ、Zr2-xMxSP2O12を複数した。今年度は、これらの物質の熱膨張率を測定した。フレームワークモデルで収縮する303~373 Kで最も体積熱膨張率が低かった組成は、M=Y(イットリウム)、x＝0.3であり、その値は約－27.2 ppm/KとZr2SP2O12より約18％低かった。本組成は、453~673 Kでも約－16.2 ppm/KとZr2SP2O12の体積熱膨張率（－14.8 ppm/K）より低かったことから、広い温度域で、高機能化できるとわかった。M=Nb（ニオブ）、x＝0.6も303~373 Kで－23.6 ppm/K、453~673 Kで約－23.3 ppm/Kと同様に高機能化に成功した。一方、イットリウムと同じ3価のAl(アルミニウム)を置換した物質では、あまり熱膨張率に変化が見られなかった。このことから、フレームワークモデルで収縮には、イオン半径が影響すると考えられた。また、これらの元素置換は373~453 Kの相転移にも影響した。これは、Zrイオンが相転移に大きく関与することが示唆された。また、結晶構造解析から熱膨張率の算出はできたものの、それ以外の熱的性質や、電気的性質は未解明である。これらの解明にはZr2SP2O12の焼結体を作製する必要があるが、高温で分解するZr2SP2O12の焼結体の作製は極めて困難である。今年度は、コールドシンタリング法の装置を自作した。その装置を用いて、Zr2SP2O12の緻密化に取り組んだところ、相対密度約90％のZr2SP2O12を得ることに成功した。

The thermal expansion rate of Zr2SP 2O 12 is lower than that of Zr 2-xM 2O 12. The thermal expansion rate of Zr2SP 2O 12 is higher than that of Zr2-xM 2O 12. This year, the thermal expansion rate of the substance was measured. The maximum volumetric thermal expansion ratio is low at 303~373 K. The composition is about-27.2 ppm/K and about 18% at M=Y(Y), x=0.3. This composition is about-16.2 ppm/K at 453~673 K and the volumetric thermal expansion rate of Zr2SP2O12 is-14.8 ppm/K. M=Nb (), x=0.6 303~373 K-23.6 ppm/K, 453~673 K-23.3 ppm/K and the same high functionality success. A party, a party This is the first time I've ever seen a woman. The phase shift between 373 and 453 K is affected by the substitution of these elements. This is the first time that I've ever been in a relationship with you. The thermal expansion rate is calculated by crystal structure analysis, and the thermal and electrical properties are not yet understood. Therefore, it is necessary to decompose Zr2SP2O12 sintered body at high temperature and difficult to manufacture Zr2SP2O12 sintered body. This year, the equipment for the production of high-quality products is self-operated. The densification of Zr2SP2O12 was successfully achieved with a phase density of about 90%.

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effect of aliovalent substitution on the crystal distortion and negative thermal expansion properties of Zr2SP2O12

异价取代对Zr2SP2O12晶体畸变和负热膨胀性能的影响

DOI：
10.1016/j.ceramint.2023.04.048
发表时间：
2023
期刊：
Ceramics International
影响因子：
5.2
作者：
Ryosuke Uehara;Ryo Kaneda;Takahiro Takei;Nobuhiro Kumada;Sachiko Matsushita;Akira Nakajima;Toshihiro Isobe
通讯作者：
Toshihiro Isobe

Zr2SP2O12焼成体の作製に向けたコールドシンタリング装置の作製

用于制造Zr2SP2O12烧成体的冷烧结设备的制造