負熱膨張材料の安全でクリーンな合成法を開発 ― 環境負荷の低減、精密機器の熱制御に適した微粒子化に成功 ―（西久保匠特定助教、東正樹教授）

東京科学大学（Science Tokyo） 総合研究院 自律システム材料学研究センターの西久保匠特定助教（兼 神奈川県立産業技術総合研究所 常勤研究員）、東正樹教授、米国ノースウェスタン大学のケネス・ポッペルマイヤー教授らの研究グループは、加熱すると体積が収縮する「負熱膨張」という性質を持つペロブスカイト型酸化物 BiNi_1-xFe_xO₃の、安全かつクリーンな新しい合成手法を開発しました。

負熱膨張材料は、半導体製造装置や光学機器といった極めて高い精度が求められる分野での活用が期待されていますが、負熱膨張材料BiNi_1-xFe_xO₃の従来の合成では、有害な窒素酸化物（NO_x）の排出や爆発のリスクを伴う酸化剤の使用が避けられず、安全性・環境負荷の面で大きな課題がありました。

本研究では、逆共沈法と次亜塩素酸イオン（ClO⁻）による同時酸化を組み合わせた新プロセス「共沈酸化同時プロセス」を開発しました。高度に酸化された非晶質前駆体を用いることで、酸化剤を添加することなく、短時間かつ低温での合成に成功しました。また、この手法によって材料の微粒子化が可能となり、広い温度範囲で安定して機能する優れた負熱膨張特性を引き出すことに成功し、さらに、他の機能性酸化物の合成にも応用できることも見いだしました。今回の研究成果は、半導体製造装置や光学機器などの分野において、より広範囲かつ安定した熱膨張制御を実現し、機器のさらなる高性能化に寄与するだけでなく、高温超伝導体をはじめとする他の機能性酸化物の合成にも応用可能です。

本研究には、米国ノースウェスタン大学のライアン・パウル博士、東京科学大学 物質理工学院 材料系の廣岡孝聡大学院生、松野夏奈大学院生、前林航紀大学院生（いずれも研究当時）、同大学 総合研究院の山本隆文特定教授（現 京都大学理学研究科教授）、大阪公立大学 大学院工学研究科の森茂生教授、笠井秀隆准教授、丁炯特任研究員が参加しました。