東京科学大学ら、鉛を含まない負熱膨張物質で6.1%の収縮

ニュース紹介

「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～」

東京科学大学の東正樹教授、酒井雄樹特定助教（神奈川県立産業技術総合研究所、現総合科学研究機構）、西久保匠特定助教、山本隆文特定教授（現京都大学）、水牧仁一朗主幹研究員（現熊本大学）らの研究グループは、鉛を含まない巨大負熱膨張物質を開発したと発表しました。

研究グループはこれまでも最大の体積収縮を示す負熱膨張物質を開発してきましたが、有害な鉛を含むという問題がありました。

今回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、ビスマスをランタノイド元素で置き換えることで、化学結合の切断と再結合を伴う再構成型相転移を利用しました。その結果、非鉛の負熱膨張物質では最大となる6.1%の体積収縮を達成しています。本成果は現地時間2026年9月3日付で科学誌『Advanced Science』に掲載されました。

出典：科学技術振興機構（JST） 2026年9月4日プレスリリース
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20260904/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

ものは温めると膨らみます。ところが、温めると縮むという逆の性質を持つ材料があり、負熱膨張物質と呼ばれます。

使い道は、膨らむ材料と混ぜて、温度が変わっても寸法が動かない部品を作ることです。光通信の部品や精密機器では、わずかな伸び縮みが性能を落とすため、この打ち消しが求められています。

①最も縮む材料は鉛を含んでいた

研究グループはこれまでも、最大の体積収縮を示す負熱膨張物質を開発してきました。

ただし、その材料は有害な鉛を含むという問題を抱えていました。縮む量が大きいほど部品を小さくできますが、鉛を含む材料は使える場面が限られます。

②結合を組み替える相転移で縮ませる

研究グループは、ペロブスカイト型酸化物であるコバルト酸ビスマスを母物質に選び、ビスマスの一部をランタノイド元素で置き換えました。

ここで使ったのが、化学結合がいったん切れて結び直される再構成型相転移です。原子の並びが組み替わるため大きく縮み、非鉛の負熱膨張物質では最大となる6.1%の体積収縮が得られました。