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公開番号2025018241
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023121781
出願日2023-07-26
発明の名称負熱膨張材料、負熱膨張材料の製造方法、負熱膨張材料微粒子群、アクチュエータ材料、アクチュエータ素子、複合材料、及び部品
出願人国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人
主分類C01G 31/00 20060101AFI20250130BHJP(無機化学)
要約【課題】負熱膨張を示す新たな材料を提供する。
【解決手段】負熱膨張材料は、一般式(1)Cu_2-x-yCa_xR_yV_2-zA_zO₇(Rは、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、La、Ta、W、Biから選ばれる少なくとも1種の元素を含み、Aは、Al、Si、P、S、Ge、Zr、Mo、Sn、Wから選ばれる少なくとも1種の元素を含み、0<x<2、0≦y<2、0≦z≦2を満たす。)で表される酸化物を含む。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
一般式（１）Ｃｕ
２－ｘ－ｙ
Ｃａ
ｘ
Ｒ
ｙ
Ｖ
２－ｚ
Ａ
ｚ
Ｏ
７
（Ｒは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｌａ、Ｔａ、Ｗ、Ｂｉから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、Ａは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｗから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、０＜ｘ＜２、０≦ｙ＜２、０≦ｚ≦２を満たす。）で表される酸化物を含む
負熱膨張材料。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
又はＣｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
がとりうる結晶系のうちのいずれかの結晶系をとり、Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
又はＣｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
のＣｕの少なくとも一部がＣａに置換され、残りのＣｕ、Ｖ及びＰのいずれかの少なくとも一部が他の元素に置換され又は置換されない化合物を含む
負熱膨張材料。
【請求項３】
１００Ｋ～５００Ｋの温度範囲の少なくとも一部において、負熱膨張特性を有する
請求項１又は２に記載の負熱膨張材料。
【請求項４】
１００Ｋ～５００Ｋの温度範囲の少なくとも一部において、－３．５ｐｐｍ／Ｋ以下の線膨張係数を有する
請求項１又は２に記載の負熱膨張材料。
【請求項５】
３００Ｋにおいて、－３．５ｐｐｍ／Ｋ以下の線膨張係数を有する
請求項１又は２に記載の負熱膨張材料。
【請求項６】
２５０Ｋ～３５０Ｋの温度範囲の少なくとも一部において、１０
５
［Ω・ｃｍ］以上の電気抵抗率を有する請求項１又は２に記載の負熱膨張材料。
【請求項７】
１００Ｋ～５００Ｋの温度範囲の少なくとも一部において、電歪特性を有する
請求項１又は２に記載の負熱膨張材料。
【請求項８】
１００Ｋ～５００Ｋの温度範囲の少なくとも一部において、線歪の絶対値が２００ｐｐｍ以上である
請求項１又は２に記載の負熱膨張材料。
【請求項９】
一般式（１）Ｃｕ
２－ｘ－ｙ
Ｃａ
ｘ
Ｒ
ｙ
Ｖ
２－ｚ
Ａ
ｚ
Ｏ
７
（Ｒは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｌａ、Ｔａ、Ｗ、Ｂｉから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、Ａは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｗから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、０＜ｘ＜２、０≦ｙ＜２、０≦ｚ≦２を満たす。）で表される化合物の原料と酸とを含む水溶液から一般式（１）で表される化合物を製造する
負熱膨張材料の製造方法。
【請求項１０】
Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
又はＣｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
がとりうる結晶系のうちのいずれかの結晶系をとり、Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
又はＣｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
のＣｕの少なくとも一部がＣａに置換され、残りのＣｕ、Ｖ及びＰのいずれかの少なくとも一部が他の元素に置換され又は置換されない化合物の原料と酸とを含む水溶液から前記化合物を製造する
負熱膨張材料の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、負熱膨張材料、負熱膨張材料の製造方法、負熱膨張材料微粒子群、アクチュエータ材料、アクチュエータ素子、複合材料、及び部品に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
一般的に、物質は温度上昇に伴って熱膨張することが知られている。しかしながら、近年における産業技術の高度な発達は、固体材料の宿命とも言える熱膨張すら制御することを求める。長さの変化率（歪）にして１０ｐｐｍ（１０
－５
）程度の、一般的な感覚からすればわずかな形状変化でも、ナノメートルレベルの高精度が求められる半導体デバイス製造や、部品のわずかな歪が機能に大きな影響を与える精密機器などの分野では大きな問題である。また、複数の素材を組み合わせたデバイスでは、構成素材それぞれの熱膨張の違いから、界面剥離や断線といった他の問題も生じることがある。
【０００３】
一方、温度上昇に伴って格子体積が減少する（負の熱膨張率を持った）負熱膨張材料も知られている。例えば、広い温度範囲で大きな負熱膨張を示すものとして、結晶構造が単斜晶のβ－Ｃｕ
１．８
Ｚｎ
０．２
Ｖ
２
Ｏ
７
が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－２１０１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
負熱膨張材料を多様な用途に利用するために、負熱膨張特性だけでなく、電気的特性、物理的特性、含まれる材料のコスト、入手容易性、環境負荷などのうち少なくともいずれかに優れた新たな材料の開発が望まれる。
【０００６】
本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところの一つは、負熱膨張を示す新たな材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示のある態様の負熱膨張材料は、一般式（１）Ｃｕ
２－ｘ－ｙ
Ｃａ
ｘ
Ｒ
ｙ
Ｖ
２－ｚ
Ａ
ｚ
Ｏ
７
（Ｒは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｌａ、Ｔａ、Ｗ、Ｂｉから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、Ａは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｗから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、０＜ｘ＜２、０≦ｙ＜２、０≦ｚ≦２を満たす。）で表される酸化物を含む。
【０００８】
本開示の別の態様は、負熱膨張材料である。この負熱膨張材料は、Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
又はＣｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
がとりうる結晶系のうちのいずれかの結晶系をとり、Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
又はＣｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
のＣｕの少なくとも一部がＣａに置換され、残りのＣｕ、Ｖ及びＰのいずれかの少なくとも一部が他の元素に置換され又は置換されない化合物を含む。
【０００９】
本開示の別の態様は、負熱膨張材料の製造方法である。この方法は、一般式（１）Ｃｕ
２－ｘ－ｙ
Ｃａ
ｘ
Ｒ
ｙ
Ｖ
２－ｚ
Ａ
ｚ
Ｏ
７
（Ｒは、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｌａ、Ｔａ、Ｗ、Ｂｉから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、Ａは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｗから選ばれる少なくとも１種の元素を含み、０＜ｘ＜２、０≦ｙ＜２、０≦ｚ≦２を満たす。）で表される化合物の原料と酸とを含む水溶液から一般式（１）で表される化合物を製造する。
【００１０】
本開示のさらに別の態様は、負熱膨張材料の製造方法である。この方法は、Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
又はＣｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
がとりうる結晶系のうちのいずれかの結晶系をとり、Ｃｕ
２
Ｖ
２
Ｏ
７
又はＣｕ
２
Ｐ
２
Ｏ
７
のＣｕの少なくとも一部がＣａに置換され、残りのＣｕ、Ｖ及びＰのいずれかの少なくとも一部が他の元素に置換され又は置換されない化合物の原料と酸とを含む水溶液から上記の化合物を製造する。
（【００１１】以降は省略されています）

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