2つの起源で「温めると縮む」 新材料を発見 ~精密な位置決めが必要な工程に対応~

 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所の酒井雄樹研究員( 東京工業大学科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所 特定助教)は、東京工業大学科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所の東正樹教授、Hena Das(ダス・ヘナ)特任准教授らの研究グループと共同で、ニッケル酸ビスマス BiNiO3とニッケル酸鉛(PbNiO3 の固溶体(用語1)が、組成に応じて金属間電荷移動(用語2)と、極性−非極性転移 (用語3)という、2つの異なるメカニズムで、温めると縮む負熱膨張(用語4)を示すことを発見しました 。
 負熱膨張材料は、光通信や半導体製造装置など精密な位置決めが求められる局面で、構造材の熱膨張を打ち消した(キャンセルした)ゼロ熱膨張物質を作製するのに使われます 。
 本研究成果は、5月29日に米国化学会誌「Chemistry of Materials(ケミストリー・オブ・マテリアルズ)」のオンライン版に掲載されました。

(用語1)固溶体:複数の化合物が均一に溶け合って、単相の化合物を形成した固体。
(用語2)電荷移動:二つのイオンの間で電子の受け渡しが生じ、それぞれの価数が増減すること。
(用語3)極性−非極性転移陽イオンと負イオンの重心がずれるため生じる電荷の偏りである電気分極を持つ結晶構造(極性構造)から、電気分極のない結晶構造への転移。
(用語4)負熱膨張:通常、物質は温めると体積や長さが増大する。これを正の熱膨張という。しかし、一部の物質は、温めることで可逆的に収縮する負熱膨張の性質を持っており、これはゼロ熱膨張材料を開発するうえで重要となる。

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 「次世代機能性酸化物材料」プロジェクト