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名古屋大学と東京大学の研究グループ、磁場を加えることで体積が膨張する新材料を発見

名古屋大学は2023年1月25日、同大学院工学研究科と東京大学物性研究所の研究グループが、磁場を加えることで体積が大きく膨張する新材料を発見したと発表した。

磁場中で物体の形状や大きさが変化する現象は磁歪(磁場誘起歪)と呼ばれ、大きな磁歪を示す材料は、磁場により変位や駆動力を得る磁歪アクチュエーターに実用されている。磁歪アクチュエーターは精密位置決め素子やマイクロマシンの駆動部、力や位置の変化のセンサー、超音波を用いたソナーや洗浄機など、さまざまな機器に使用されてきた。

これまでは磁歪材料として、鉄と希土類金属の合金(Terfenol-D)などの材料が開発されてきたが、磁歪はいずれの場合にも強磁性体の磁石としての性質である自発磁化の発現に伴って生じ、それ以外で大きな磁歪を示す例はほとんど知られていなかった。

同研究では、クロム(Cr)のテルル(Te)化物の焼結体が、9Tの磁場を加えたときに最大で1200 ppmに達する大きな体積の膨張を示すことを発見した。

この磁場中の大きな体積膨張は、-260℃~80℃と広い温度領域で現れること、磁場中で形状を保ったまま体積が変化すること、幅広い磁場範囲でほとんど磁場に比例することといった特徴を持ち、磁場中の異方的な格子変形を利用した機構に基づく磁場誘起歪現象と判明した。

今回発見された物質系は新しい磁歪材料として、磁歪材料の候補物質の幅を広げると期待される。現在、アクチュエーター材料の分野では電場で駆動するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)が活用されているが、この材料は有害な鉛を含むことが問題となっており、今回の研究結果はこうした問題の解決につながることも期待される。

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