力 使 磁性材料 吸熱 熱 室温 制御
－ ン類 要 冷凍技術 開発 新展開 －
独立行 法人 産業技術総合研究所 国 立 大 学 法 人 東 大 学 国立大学法人 屋大学
■ ポイン ■
・ 力 室温 磁性材料 熱変 発生
・ 外部 磁力 出 い特殊 磁性体 冷凍 利用可能
・ ン ン 省エ 新 固体冷凍技術 開発 新展開
■ 概 要 ■
独立行 法人 産業技術総合研究所 理 長 中鉢 良治 以 産総研 いう ン磁 性材料研究 ン 研究 ン 長 尾崎 公洋 材料解析 開発 藤 麻哉 研究 長 国立大学法人 東 大学 総長 里見 進 以 東 大 いう 工学研究科 松波 大地 大学院生 狩 博士研究員 国立大学法人 屋大学 総長 濵 道成 以 大
いう 工学研究科 竹中 康司 教授 強磁性体 呼 外部 磁力 出 い磁性材料 用い 力 磁性 制御 室温 吸熱 熱 制御 技術 開発 強磁 性 固 性質 熱変 増大 発見
磁気 熱変 磁気熱 効果 用い ン ン 省エ 磁気冷凍技術 期待
い 磁気 乱 エン 変 吸熱 熱 利用
NS極 強磁性体 いう材料 磁場 方式 限 い 今回 磁場 替わ 力 使 磁極 い 磁性体 熱変 得 磁気冷凍技術用 新 材料
開拓 期待
技術 詳細 英国科学 Nature Materials 2014 10 27日 日本時間
オン イン掲載 用語 説明 参照
磁性 制御 伴う熱 効果 模式図
a. 強磁性 磁場 制御 従来型 b. 強磁性 力 制御 今回
a b
Mn3GaN
■ 開発 社会的背景 ■
冷凍技術 室内 庫内 冷媒 蒸発 際 気 熱 吸 室外 庫外 気体 冷媒 コンプ ッ 縮 液体 戻 際 液 熱 出 現象 用い
図1 冷媒 用い ン類 環境負荷 オ ン層破壊や大
温暖 係数 問題 い ン類 替わ 気体冷媒 開発 効率や安全性 含 容易 い 気体 用い い固体冷凍技術 注目 い 特 磁性体 磁場 熱 変 応用 磁気冷凍 気体冷媒 要 く冷凍効率 高い 予想 実用
期待 い 従来 外部 磁気 発 強磁性体 磁場 制御 方式 研究
室温 冷凍 利用 室温付近 1次相転移 示 磁性体 あ う 条件 満 物質 限 い 材料探索 広 限界 あ
図1 気体冷媒 冷凍 模式図
■ 研究 経緯 ■
産総研 環境問題解決 貢献 ン磁性材料 開発 目指 高効率 コン 磁気冷凍 実現 磁気熱 材料 開拓 取 組 磁気熱 材 料 い 独自 開発 い 物質 現 最 実用的 材料 世界中 研究 プ 企業 知 い
本研究 共 実施先 大 今回用い Mn3GaN 窒化マンガン・ガリウム 金属間 合物 磁 性 体積 関係 基礎物性 応用 両面 詳 く研究 最先端 知見 い 東 大 磁性 幹 あ 電子 ン 機能性 材料 果 役割 い 先 的 研究 行
今回 者 磁場 替わ 力 磁性 変 伴う吸熱 熱 着目 磁場へ
応 い 開発 対象 い 強磁性体 熱変 取 出 研
究 取 組
■ 研究 内容 ■
Mn3GaNの 温度 いう転移温度 室温付近 17 ℃ あ 温度 境 低温相
強磁性体 磁気 消失 高温相 常磁性体 変 変 磁気 ン 呼 原子磁石 NS極 整列 状態 ン 状態へ 移 変わ 1次相転移 いう急 激 変 あ 際 状態 乱雑 表 エン 連続 変 試料全体 潜 熱 呼 自発的 熱変 水 気 熱 相当 現 図2
図2 磁気秩序変 伴うエン 熱 変
強磁性体 隣 士 原子磁石 NS 極 行 整列 い 外部 磁気 現
行 整列 強磁性体 磁石材料 う 磁場 磁性 制御 い 、1次 相転移 潜熱 発生 磁気熱 材料 大 魅力 あ 磁場以外 磁性 制
御 方法 力 注目 室温付近 強磁性体 1次相転移 力
熱 効果 観測 例 今回 強磁性状態 Mn3GaN 型 機器 発生可能 100 MPa 1000気 程度 力 常磁性体 変 実際 大 吸熱 試料1
あ 6 ュ わ 冷熱 発生 確 Mn3GaN 強 磁性体 特徴 あ 磁気構造 原子構造 整合: ョン 図3 生
相転移 伴う吸熱 熱 発生 増幅 い 発見 ョン 強
磁性体 生 い 強磁性体 力熱 効果 ョン 増幅
発現 現象 今後 磁気熱 材料開発 対象 大 く拡大 期待
整合：通常 強磁性 整合：Mn3GaN
図3 原子構造 磁気構造 整合 / 整合 ョン
■ 今後 予 ■
今後 力熱 効果 効果的 利用 イ イン 構築 いく 特 環境 や い磁気冷凍 応用 際 精密電子機器 隣接 用途 磁場以外 利用 好 い場 合 対応 う 強磁性磁気冷凍 相補的 利用 検討 いく予 あ
用語 説明
◆ 強磁性
物質中 原子 構成 電子 運動 磁気 ン 呼 N極 S 極 磁極 通常 方向 う く 多く 物質 自発的 磁気 発 い 磁気 ン 全 行 う作用 生 目 見え 大 磁極 生 磁石 強磁性
隣 士 磁気 ン 行 う場合 磁気 ン 秩序 生
行 磁極 士 ン 外部 磁力 出 材料全体 磁極 生 い う 磁気秩序状態 強磁性 呼ぶ
◆ 磁気熱 効果
強磁性体 磁石 へ磁場 磁性体 磁気 ン い方 変 加え
温度 熱変 生 いう 磁気 ン 磁場 変 場合 気体分子 運動 力 変 熱変 生 出 原理 一 あ
◆ エン
熱力学あ い 統計力学 用い 状態 示 一種 熱力学 熱変 可逆性
指標 統計力学 状態 微視的 乱雑性 示 関係 分
子や磁気 ン 目 見え い イ 乱雑 変 生 人間 体感
熱変 現 説明
◆ 温暖 係数
地球 人間 生活圏 太陽 入熱 宇 散逸 熱 釣 合 気温 穏や
変 い 大気圏 酸 炭素 CO2 特 熱 妨
地表 温室 地表 温暖 う 種 濃度あ 温暖 寄
い CO2 基準 評価 指標 温暖 係数 あ 例え 最近 オ ン層破壊 招 い ン
使わ い HFC 温暖 係数 CO2 2000倍近く あ
◆ 1次相転移
安 状態 出現 系 形態 相 呼び 異 特徴 相 変 相転移 いう 例え 水 液相 氷 固相 あ 0 ℃ 液体-固体相転移 生 氷結や 騰 う
変 決 温度 い 生 性質 大 く違う相へ 急激 移 変わ あ う 変 1次 相転移 呼ぶ
◆ 電子 ン
電子 動く 磁場 生 電子 運動自 度 原子 周 動く軌道運動 他 子 自 度 あ ン 呼ぶ 原子磁石 最 要素 あ ン 電子 軌道
運動以外 磁極 生 イ や 典力学 自転運動 え
多い 実際 子 性質 生 あ
◆ 転移温度
物質 出現状態 あ 相 別 相 移 変わ 相転移 呼ぶ 温度変 相転移 生 境界 転移温度 呼ぶ 1 次 相転移 場合 特 一 温度 相転移 生 例え 水 蒸気 変 液体-気体相転移 あ 1気 場合 100 ℃ 点 転移温度 相当
◆ ョン
強磁性体内部 原子配置 磁気配列 矛盾 安 性 ョン 呼ぶ
例え 角格子 頂点 磁気 ン 存 場合 頂点 行 後
一 行 い 配列 安 特徴的 相互作用 他
い 強磁性自体 実現 え い 遠く 磁気 ン 相互作用 単純 行以外 磁気構造 落 着く場合 あ
