欠陥極少化NiMnGa強磁性形状記憶合金粒子とそれによる高効率磁気冷却材料の開発

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本研究では、分散相として使用するBi元素を微量添加することによって、意図的にNi-Mn-Ga合金の結晶粒を分散し、脆化した。脆化した粒子を一定な温度でNi-Mn-Ga-(Bi)合金を機械粉砕し、単結晶粒子を成功に作製した。さらに、前述の粒界工学を行うことによって、欠陥が極めて少ない単結晶Ni-Mn-Ga粒子の作製を達成できた。熱分析、微細構造などの観察により、本研究で作製したNi-Mn-Ga粒子は、単結晶であることを確認した。また、Biの添加量を最適化するために、Biの添加量を微調整した。0.00、0.01、0.03、0.05 at.%のBiをそれぞれ、Ni-Mn-Ga合金にドーピングし、インゴットを作製した。Biの微量添加によって、明瞭的な結晶粒微小化が観察された。0.05 at.%のBiの添加の合金では、微かなBiがNi-Mn-Ga合金に固溶した。一方、0.03 at.%のBiを添加した合金では、Biの固溶量が極めて少ないうえ、結晶粒の大きさは、0.05 at.%のBiを添加した合金とほとんど同程度であることを確認した。以上のことから、0.03 at.%のBiの添加量は最適である。さらに、機械粉砕の効率を確認するために、Biを添加したNi-Mn-Ga合金をそれぞれ2Dと3Dの分析を行った。微細組織の観察（SEM像など）で2Dの分析を行った。一方、粉砕した単結晶粒子の異なる大きさの分布で3Dの分析を行った。本研究で実行し機械粉砕は、効率的に欠陥が極めて少ない単結晶Ni-Mn-Ga粒子を作製することができたと確立した。それらの単結晶粒子を利用し、(1)単結晶Ni-Mn-Ga粒子/シリコーンゴムおよび(2)単結晶Ni-Mn-Ga粒子/Cu薄膜の複合材料を創成した。単結晶Ni-Mn-Gaバルク材料とほぼ同程度の形状変形を達成できた。