Suppression of temperature hysteresis in negative thermal expansion compound BiNiFeO and zero-thermal expansion composite

負の熱膨張材BiNiFeOとゼロ熱膨張コンポジット材の温度履歴

奈部谷 光一郎*; 村松 裕也*; 岡 研吾*; 中野 紀穂*; 北條 元*; 水牧 仁一朗*; 安居院 あかね; 肥後 祐司*; 林 直顕*; 高野 幹夫*; 東 正樹*

Nabetani, Koichiro*; Muramatsu, Yuya*; Oka, Kengo*; Nakano, Kiho*; Hojo, Hajime*; Mizumaki, Masaichiro*; Agui, Akane; Higo, Yuji*; Hayashi, Naoaki*; Takano, Mikio*; Azuma, Masaki*

ほとんどの物質は温度が上昇すると、熱膨張によって長さや体積が増大する。光通信や半導体製造などの精密な位置決めが要求される局面では、このわずかな熱膨張が問題になる。そこで、昇温に伴って収縮する「負の熱膨張」を持つ物質によって、構造材の熱膨張を補償することが行われている。本研究において、室温付近で既存材料の2倍以上の大きさの「負の熱膨張」を示す酸化物材料を発見した。添加元素の量を変化させることで負の熱膨張が現れる温度域を制御できるほか、これまでの材料の問題点だった温度履歴が抑制されている。

Negative thermal expansion (NTE) of BiNiFeO is investigated by dilatometric curves, synchrotron X-ray diffraction, and X-ray absorption spectroscopy. All samples (x=0.05-0.15) shows large NTE with the coefficient of linear thermal expansion which induced by charge transfer between Bi and Ni in the controlled temperature range near room temperature. Compared with BiLnNiO (Ln: rare-earth elements), the thermal hysteresis that causes a problem for practical application is suppressed because random distribution of Fe in the Ni site changes the first order transition to second order-like transition.