【本学研究者情報】

〇多元物質科学研究所　教授　福山博之
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〇国際放射光イノベーション・スマート研究センター　教授　中村哲也
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〇国際放射光イノベーション・スマート研究センター　教授　高田昌樹（多元物質科学研究所　兼務）
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【発表のポイント】

• 未解明だったパラジウム-鉄合金での体積膨張（過剰体積効果）の起源を電子状態から説明することに成功。
• 金属結合の弱体化によりパラジウム原子が鉄原子から離れることが体積膨張の原因であることを発見。
• 金属溶液モデルの高精度化による、3Dプリンティングなどのシミュレーションの最適化に期待。

【概要】

東京工業大学 物質理工学院 渡邉学助教、田中友規研究員、合田義弘准教授、公益財団法人 高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 高木康多主幹研究員、東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター 中村哲也教授、東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター 高田昌樹教授（一般財団法人 光科学イノベーションセンター 理事長 兼任）、東北大学 多元物質科学研究所 福山博之教授、安達正芳講師、打越雅仁准教授らの共同研究グループは、パラジウム―鉄合金が混合時に示す未解明の体積膨張（過剰体積（用語1）効果）の起源を、電子状態から説明することに成功した。

原子サイズが異なる2種類の金属を混ぜて合金化すると、一般的には体積は混合前より小さくなるが、パラジウムと鉄の合金化では逆に混ぜる前より体積が増える不思議な現象（過剰体積効果）が起こる。この現象はこれまで、合金中の空孔（原子の抜け）が通常より多く形成されるためと説明されてきたが、実験的な証拠は不十分だった。

そこで今回、研究グループは、原子同士を引き寄せる役割を担う「電子」の挙動に着目する新たな手法を取り入れ、この合金の電子状態についての理論計算と、高輝度放射光X線を用いた硬X線光電子分光測定を実施した。その結果、パラジウム原子の原子同士を引き付ける力（金属結合）が弱体化していることが分かった。この金属結合の弱体化が起こるとパラジウム―鉄合金の体積が増加するため、過剰体積効果が生じることが矛盾なく説明できる。

この成果は、鋳造や溶接、3Dプリンティングなどで用いる溶けた金属についての数値シミュレーションを高精度化し、金属製品製造時の省エネルギー化と金属製品の歩留まりを改善させると期待される。また、東北大学 青葉山新キャンパスで2024年度から運用開始の3 GeV高輝度放射光施設（NanoTerasu）の利活用によるさらなる研究展開も予定している。本研究成果は、2月1日付の国際学術誌『Acta Materialia』に掲載された。

【用語解説】

（1）過剰体積：熱力学的過剰量の１種である。混合により生じた体積の増減量を評価する指標となる。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所
教授　福山 博之（ふくやま ひろゆき）
TEL： 022-217-5178
E-mail：hiroyuki.fukuyama.b6*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター
教授　中村 哲也（なかむら てつや）
TEL / FAX：022-757-4566
Email: tetsuya.nakamura.b5*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター（多元物質科学研究所　兼務）
教授　高田 昌樹（たかた まさき）
TEL：022-217-5820
Email：masaki.takata.a4*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所　広報情報室
TEL：022-217-5198
E-mail：press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）