2007/2/1
水は０℃で氷になり１００℃で水蒸気になるのは誰でも知っています。また、水と油はお互いに溶け合わない事、水に塩を添加すると０℃では凍らずにもっと低い温度まで液体の状態になるので、融雪剤として使用される事も御存知でしょう。
この様に水にいろいろな物質を添加するとその性質が大きく変わりますが、鉄、アルミニウム、銅などに他の元素を添加した時にお互いにどの程度溶け合うか、融点はどの程度変化するか等、温度や成分比によってどの様な状態になるかを示す状態図（相図）について、実験で確認したり計算によって予測する研究を行っています。この様な状態図に関する基礎研究を積み重ねて、本研究室では鉄鋼材料、Ｎｉ基およびＣｕ基合金、化合物半導体、マイクロソルダー合金（はんだ）などの合金系で状態図を予測するデータベースを構築しています。
また、これらの状態図の研究から多くの新材料が生まれています。状態図を作成する事は地図を作成する事に喩えられますが、全く道のない所を調査するわけですから、時間がかかり、地道な研究です。しかしこれらの研究中に従来にない特性を有する合金に時々遭遇しますので新材料の開発に結びつき、既に実用化したものもいくつかあります。 これらの研究の中で最近発表したものを紹介します。
図１の写真は２００６年４月に米科学誌サイエンスに発表したCo基の耐熱合金の電子顕微鏡写真です。サイコロ状の析出物を状態図の研究中に発見しました。このような組織は１０００℃以上の高温でも使用できる事が期待されており、世界中でこの合金について研究が開始されています。もう一つの例として２００６年２月に英科学誌ネイチャーに発表したメタ磁性形状記憶合金があります。通常、鉄やニッケル、コバルトなどの強磁性体は温度を上げると強磁性が失われますが、ＮｉＭｎ基合金では高い温度では強磁性で、温度を下げていくと結晶構造が変化して磁性を失ってしまう事を見出しました。さらにこの合金は形状記憶特性を示しますので、外部磁場をかける事によってこの特性を制御する事が可能となります。アクチュエーター、センサーを始め、多くの用途への適用が期待されています。
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