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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01618/
• 关键词: 熱膨張; 相転移; 結晶構造解析; フィラー; 元素置換; コールドシンタリング; セラミックス; 熱膨張率

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。

Yesterday's annual の メ カ ニ ズ ム の interpret に masato す る beg を 検 tong じ て, Zr2SP2O12 の thermal expansion rate は Zr サ イ ト を element displacement す る こ と で よ り low さ せ る (function) さ せ る こ と が may と conclusion づ け, Zr2 xMxSP2O12 を plural し た. This year, the <s:1> and <s:1> れら <s:1> thermal expansion rates を of <s:1> substances were determined by <s:1> た. フ レ ー ム ワ ー ク モ デ ル で 収 shrinkage す る 303 ~ 373 K で most も volume low thermal expansion rate が か っ た は, M = Y (イ ッ ト リ ウ ム), x = 0.3 で あ り, そ の numerical は about 27.2 PPM/K と Zr2SP2O12 よ り about 18% lower か っ た. This composition は, 453 ~ 673 K で も about 16.2 PPM/K と Zr2SP2O12 の volume thermal expansion rate (14.8 PPM/K) よ り low か っ た こ と か ら, hiroo い で, high temperature domain function で き る と わ か っ た. M=Nb (ニ and ブ), x = 0.6 ニ 303 to 373 Kで-23.6 ppm/K, 453 to 673 Kで approximately -23.3 ppm/Kと similarly, に high functionality に successfully た た. One party, イ ッ ト リ ウ ム と with じ 3 価 の Al (ア ル ミ ニ ウ ム) を replacement し た material で は, あ ま り に thermal expansion rate variations change が see ら れ な か っ た. こ の こ と か ら, フ レ ー ム ワ ー ク モ デ ル で 収 shrinkage に は, イ オ ン radius が す る と exam え ら れ た. The effects of また, れら, <s:1> element displacement また, 373-453 K <s:1> phase 転 shift に に and に are affected by また た. The 転 れ された and Zr <s:1> が が が が are 転 shifted に by a large <s:1> く relation and する とが とが is shown to された. ま た, crystallization structure parsing か ら の thermal expansion rate to calculate は で き た も の の, そ れ の thermal properties や, the nature of the electric 気 は not interpret で あ る. こ れ ら の interpret に は Zr2SP2O12 の 焼 nexus of contracts を cropping す る necessary が あ る が, high temperature decomposition of で す る Zr2SP2O12 の 焼 nexus of contracts の cropping は extremely め て difficult で あ る. This year, the <s:1>, コ, コ, ドシ, ドシ, タリ, タリ, グ and グ legal <s:1> devices を are making their own た. を そ の device with い て, Zr2SP2O12 の densification に group take り ん だ と こ ろ, phase density about 90% seaborne の Zr2SP2O12 を must る こ と に successful し た.

项目成果

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

• 发表时间: 2022
• 作者: 油野 剛志;望月 泰英;有光 直樹;松下 祥子;中島 章;磯部 敏宏
• 通讯作者: 磯部 敏宏

計算・実験を通じたNASICON型構造における負熱膨張性の機構解析

通过计算和实验分析NASICON型结构负热膨胀的机理

• 发表时间: 2022
• 作者: 望月 泰英;金田 涼;裵 星旻;磯部 敏宏;松下 祥子;中島 章
• 通讯作者: 中島 章

2つの収縮メカニズムを有するα-Zr2SP2O12の合成とその熱膨張挙動

两种收缩机制α-Zr2SP2O12的合成及其热膨胀行为

• 发表时间: 2022
• 作者: 榎木勝徳，大澤洋平;大谷博司;磯部敏宏
• 通讯作者: 磯部敏宏

第一原理格子動力学に基づくNASICON型構造における負熱膨張性の機構解析

基于第一性原理晶格动力学的NASICON型结构负热膨胀机理分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 望月 泰英;金田 涼;裵 星旻;永井 隆之;磯部 敏宏;松下 祥子;中島 章
• 通讯作者: 中島 章