再構成型相転移を利用した巨大負熱膨張物質の開発

―鉛を含まない負熱膨張物質で最大の体積収縮―

この研究の主な対象者
企業・研究者の方
公開日 2026年09月04日

研究者情報

研究者名
山本 隆文

京都大学 教育研究活動データベース 

概要

東京科学大学（Science Tokyo）総合研究院の酒井雄樹特定助教（神奈川県立産業技術総合研究所非常勤研究員、現 総合科学研究機構研究員）、西久保匠特定助教（神奈川県立産業技術総合研究所常勤研究員）、東正樹教授らの研究グループは、ペロブスカイト型酸化物コバルト酸ビスマス（BiCoO₃）を母物質とした非鉛の巨大負熱膨張物質を開発しました。
　負熱膨張物質は、極めて高い精度が求められる半導体製造装置や光学機器で生じる、熱膨張による位置ずれや異種材料接合界面の剥離といった問題を解決する材料として期待されています。研究グループは以前、最大の体積収縮を示す負熱膨張物質を開発しましたが（プレスリリース最⼤性能の巨⼤負熱膨張物質）、この物質は有害な鉛を含むという問題がありました。
　本研究では、母物質のBiCoO₃のビスマスをランタノイド元素で置き換えた、鉛を含まない負熱膨張物質を開発し、化学結合の切断と再結合を伴う再構成型相転移により、非鉛の負熱膨張物質では最大の6.1％の体積収縮を達成しました。再構成型相転移では20%を超えるような大きな体積変化も報告されているため、今後は同様の相転移機構を利用した超巨大負熱膨張物質の開発が期待されます。
　本研究には、東京科学大学（Science Tokyo）物質理工学院 材料系の高橋一樹大学院生（研究当時）、若崎翔吾大学院生（研究当時）、三宅潤大学院生（研究当時）、小池剛大大学院生（研究当時）、長瀬鉄平大学院生（研究当時）、畑山華野大学院生、山本隆文特定教授（現 京都大学大学院理学研究科教授）、高輝度光科学研究センターの水牧仁一朗主幹研究員（現 熊本大学大学院先端科学研究部（理学系）教授）が参加しました。
　本研究成果は、9月3日付（現地時間）の「Advanced Science」に掲載されました。

画像

詳しい研究内容について

再構成型相転移を利用した巨大負熱膨張物質の開発―鉛を含まない負熱膨張物質で最大の体積収縮―

書誌情報

【DOI】
https://doi.org/10.1002/advs.77022

【書誌情報】
Yuki Sakai, Kazuki Takahashi, Shogo Wakazaki, Takumi Nishikubo, Jun Miyake, Takehiro Koike, Teppei Nagase, Takafumi Yamamoto, Kano Hatayama, Masaichiro Mizumaki, Masaki Azuma (2026). 6.1% Volumetric Negative Thermal Expansion Induced by the Reversible Reconstructive Phase Transition in Pb-Free Bi1−ₓLnₓCoO₃ (Ln: Lanthanoid).Advanced Science, e77022.

関連部局

理学部・理学研究科