熱膨張の基礎と熱収縮性酸化物の合成および材料の熱膨張制御への応用

本講演ではまず熱膨張係数が材料・デバイスの作製や特性にどのような影響を与えるかを紹介する。さらに結晶構造相転移が熱膨張に与える影響、実際の熱膨張測定方法と測定にあたっての注意事項も講演する。具体的なトピックスとしては負の熱膨張を持つ物質の紹介、これと正の熱膨張を持つ物質との複合化による熱膨張制御の可能性、相転移を制御したゼロ熱膨張材料の作製の試みも紹介する。

1. 熱膨張のサイエンス
   1. 熱膨張・熱膨張係数の定義―文献値を用いる場合の注意
   2. 熱膨張の起源―格子振動によるものと不定比性発生によるもの
   3. 熱膨張と熱力学の関係
      • 熱膨張とギブス自由エネルギー、特に熱力学第三法則と熱膨張の関係
   4. 相転移と熱膨張―相転移の次数と熱膨張係数
   5. 良く勘違いされる例 (私見)
      • 純粋な熱収縮と構造相転移により一見熱収縮となっているものの違い
2. 熱膨張がデバイス特性に与える影響
   1. 薄膜の合成にあたっての注意点
   2. 光学部品への影響
3. 熱膨張挙動の測定方法
   1. X線回折・中性子回折測定による熱膨張挙動の評価
   2. 熱膨張計を用いた熱膨張挙動の評価
   3. 測定にあたっての注意点
   4. 評価手法による熱膨張挙動の違い
4. 熱膨張測定の実際
   1. 相転移の熱膨張挙動に与える影響
      1. 一次結晶構造相転移と熱膨張挙動
      2. 二次結晶構造相転移と熱膨張挙動
      3. 磁気相転移と熱膨張挙動
   2. 格子の膨張と化学的膨張―酸素不定比性による還元膨張
5. 負の熱膨張材料
   1. 負の熱膨張材料、ZrW2O8の合成
   2. ZrW2O8の熱収縮挙動の実際。相転移と熱膨張
   3. Al2 (WO4) 3系材料の熱膨張特性。相転移制御によるゼロ膨張制御
6. 熱膨張特性の制御方法
   1. 複合化によるゼロ膨張材料の作製
      1. 正の熱膨張材料と負の熱膨張材料の共焼結
      2. 高分子・接着剤材料とZrW2O8の複合化
      3. 溶融急冷法による複合体の合成
   2. カチオン部分置換による構造相転移・熱膨張挙動の制御
   3. カチオン部分置換による還元膨張の制御