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早稲田大学

冷やすと膨張する「負の熱膨張」メカニズム解明 早稲田大学

1: しじみ ★ 2019/03/02(土) 12:46:49.36 ID:CAP_USER

早稲田大学と青山学院大学の共同研究で、冷やすと膨張する物質「逆ペロブスカイト型マンガン窒化物」の「負の熱膨張」メカニズムが世界で初めて解明された。

 通常、物質は冷やすと収縮し、温めると膨張するが、逆ペロブスカイト型マンガン窒化物は冷やすと大きな体積膨張を示すことが知られる。しかし、なぜ冷やすと膨張するのかという物理的なメカニズムは40年以上も謎だった。

 一方、逆ペロブスカイト型マンガン窒化物は、温度降下にともないマンガンイオン上の電子のスピンが整列することも知られている。そこで今回の研究では、「電子スピンの整列現象」と「負の熱膨張現象」の関係性に注目した。

 研究グループはまず、電子スピン間に、スピン同士を反平行に揃えようとする相互作用と平行に揃えようとする相互作用の2種類が働いていることを突き止めた。そして、これらが競合しているために、通常の物質のように体積を収縮させるよりも、体積を膨張させてイオン同士を離した方が、スピン間相互作用が強まることを見出した。そのため、温度を下げていきスピン整列が起こると、スピン間相互作⽤を強めるために結晶体積が自発的に膨張し、「負の熱膨張現象」が起こるのだという。

 これにより、スピン間相互作用が競合する物質で負熱膨張現象が起きる可能性が高いことが示唆され、未知の負熱膨張物質として期待される結晶構造も提案された。さらに研究グループは、逆ペロブスカイト型マンガン窒化物のスピン整列を再現する数理モデルを世界で初めて構築し、負熱膨張現象メカニズムを理論的に完全に解明することにも成功した。

 負熱膨張物質は、通常の物質と組み合わせることで、温度変化を受けても体積・長さが変化しないこれまでに無い材料の実現を可能にすると期待されている。

論文情報:【Physical Review Materials】Theory of magnetism-driven negative thermal expansion in inverse perovskite antiferromagnets
https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/PhysRevMaterials.3.024407

https://univ-journal.jp/24972/



引用元:http://anago.2ch.sc/test/read.cgi/scienceplus/1551498409/続きを読む

エンジン熱効率50%達成 従来比10ポイント改善 慶大・京大など

1: しじみ ★ 2019/01/17(木) 16:22:57.99 ID:CAP_USER

慶応義塾大学、京都大学、早稲田大学などのグループは16日、自動車エンジンの熱効率を従来より約10ポイント高めて50%を達成したと発表した。燃費は3割改善、二酸化炭素(CO2)排出も減る。国内の自動車メーカーに技術提供し、各社がそれぞれ量産車への搭載を検討する。

開発は2014年度に始めた内閣府の戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)の一環。国内約80大学が参加して自動車メーカー9社などで構成する技術研究組合が支援した。エンジンの熱効率は1970年代から40年かけて約10ポイントしか上がらなかったが、これを5年間でさらに10ポイント高めて50%に達した。

ガソリンエンジンではエネルギー損失の少ない低温燃焼を可能にする「スーパーリーンバーン」と呼ばれる技術を開発。ディーゼルエンジンでは燃料の噴霧を空気を巻き込みながら最適に分散させることで、高効率の「高速空間燃焼」と呼ぶ技術を実現した。

機械摩擦の低減や熱電変換システムの効率向上などと合わせ、ガソリンでは51.5%、ディーゼルでは50.1%の熱効率を達成した。

得られた成果の基本的な技術は開発を支援した自動車メーカーが共有する。量産車への搭載については今後、各社が競争しながら開発を進める。

日本経済新聞
https://www.nikkei.com/article/DGXMZO40068860W9A110C1000000/



http://anago.2ch.sc/test/read.cgi/scienceplus/1547709777/
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