Novel Negative Thermal Expansion Materials for Thermal Expansion Control

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１．負熱膨張特性を左右する相転移挙動の理解と、材料探索へのフィードバック約10%もの体積差を持つ正方晶と立方晶相が共存するPb0.82Sr0.18VO3の、両相の空間分布を、ブラッグコヒーレント回折イメージングで明らかにした。さらに、PbへのSr置換、Bi置換、La置換の正方晶→立方晶相転移に対する効果を解明し、その結果に基づいて、Pb0.8Bi0.1Sr0.1VO3で、9.3%の体積減少を伴う負熱膨張を実現した。これは負熱膨張材料としては最大の値である。２．電荷移動、軌道秩序、強誘電転移の相転移型巨大負熱膨張材料の探索低温のI2/c相から高温のC2/m相への転移に伴って体積収縮を示すZn2P2O7のMg置換を行い、Zn1.6Mg0.4P2O7において室温近傍で線熱膨張係数-66.4 ppm/Kの負熱膨張を実現した。また、100 Kから700 Kの広い温度域で線膨張係数-14 ppm/Kの負熱膨張を示すCu1.8Zn0.2V2O7のVを一部Pで置換したCu1.8Zn0.2V2-yPyO7について、負熱膨張を維持したまま、電気絶縁性を向上させることに成功した。さらに、PbTiO3型ペロブスカイトBi0.5Na0.5VO3のNa+をBi3+で置換する事で電子ドープを行い、負熱膨張物質化に成功した。３．複合材料の熱膨張係数の設計と検証トポロジー最適化アルゴリズムを用いた、負熱膨張抑制効果を最大化するフィラー分散構造の件等を行い、連続した網のような構造が最適であることを明らかにした。また、網状にすることが難しければなるべく長い繊維状にすることが有効であることがわかった、さらに、負熱膨張材樹脂複合材料での3Dプリンティングのために、まずは炭化ケイ素をダミー材料としてフィラメントを成型し、実際に3Dプリンティングが可能であることを確認した。