准教授)発表のポイント弱い圧力で瞬時に熱を放出できる、新しい蓄熱材料を開発しました。本研究で開発したブロック型ラムダ五酸化三チタンは、長時間熱エネルギーを蓄えることができ、必要なタイミングで、弱い圧力を加えるだけで、熱を取り出すことができる蓄熱セラミックスです。大越慎一教授らの共同研究グループは、長期間熱エネルギーを蓄えることができ、弱い圧力を印加することにより蓄熱エネルギーを取り出すことのできる高性能な蓄熱セラミックスを見出しました。λ-Ti3O5)と名付けられました(注1)。L−1という大きな値です(水の融解熱の約70%、エチレングリコールの融解熱の約140%)。開発した蓄熱セラミックスの最大の特徴は、弱い圧力を加えることでベータ五酸化三チタン(注2)への相転移を誘起することにより、蓄えた熱エネルギーを放出することができることです。(70気圧)でラムダ構造の割合が半分まで減ります。m3圧力ボンベの圧力の半分程度であり、固体における圧力誘起相転移においては最も弱い圧力です。このような長期エネルギー保存と、低圧力印加による熱放出が一つの材料で実現できた理由は、二つの安定相(ラムダ型構造とベータ型構造)を持つことと、その二つの相の間に適切な低いエネルギー障壁が存在することに由来しています。長期的なエネルギー保存が可能な蓄熱材料は、不要な排熱を吸収して熱エネルギーとして再利用する部材としての活用が期待されています。MPa以下の圧力で放熱できることが望ましいとされています。本研究で開発した蓄熱セラミックスは、自動車用の蓄熱材料として有効であると期待されます。トラック、バスなどの自動車は、エンジンで燃料を燃焼させて得られる熱エネルギーを利用して動力を得ています。エンジンをかけると、まず熱エネルギーを使って内部システムを適切な温度に温め、運転ができる状態にします。一方で、運転中には熱エネルギーが過剰に発生するため、大気中に放出されています。運転中に発生する熱エネルギーを蓄えておき、エンジンを再始動するときに使用できれば、燃費が向上することが期待されます。一般に熱エネルギーを蓄積できる材料は蓄熱材料と呼ばれ、顕熱蓄熱材料および固液潜熱蓄熱材料に大別されます。水やパラフィン、ポリエチレングリコールが含まれます。いずれの材料も時間が経つと蓄積した熱エネルギーは徐々に放出されてしまいます。本研究グループは、ラムダ五酸化三チタンに注目しました。ラムダ五酸化三チタンは、大越教授が見出した酸化チタンの新物質で、熱エネルギーを蓄えることができ、圧力を加えると取り出すことができます。従来の物質では、このような蓄熱・放熱は見られません。ラムダ五酸化三チタンは、新しいタイプの蓄熱材料であり、潜在的なニーズがあることを明らかにしました。bar)未満であると、適用できる用途が広がると考えられます。本研究では、低圧応答性の蓄熱セラミックスの開発に取り組みました。ルチル型二酸化チタンを水素雰囲気下で高温焼成(1300°Cで2時間)することにより合成を行いました。得られた試料は、一辺がサブマイクロメートルのブロック状の結晶であったので、本材料をブロック型ラムダ五酸化三チタン(ブロック型λ-Ti3O5)と呼びます(図1)。λ-Ti3O5)の結晶構造と形状。ブロック型ラムダ五酸化三チタンのb軸方向(左)およびc軸方向(右)から見た結晶構造。(左)と格子縞を示した拡大図(右)。挿入図はフーリエ変換像とそれに対応する格子の原子位置。ブロック型ラムダ五酸化三チタンは、低圧でベータ五酸化三チタンへ圧力誘起相転移を示すことが分かりました。MPa)でラムダ構造の割合は半分まで減ります(図2a)。m3圧力ボンベの圧力の半分程度であり、固体における圧力誘起相転移においては最も弱い圧力です。サーモグラフィーを用いて圧力誘起相転移中の試料の温度変化を測定すると、試料をハンマーで打った瞬間(67ミリ秒未満)に、温度が26.8°Cから85.5°Cまで上昇することが観察されます(図2b、3)。図2:ブロック型ラムダ五酸化三チタンの圧力変化と圧力誘起の放熱。ラムダ相(●)およびベータ相(○)の相分率の圧力依存性。サーモグラフィーで取得した、圧力印加による試料温度の時間依存性。図3:ブロック型ラムダ五酸化三チタンに圧力印加した後のサーモグラフィー画像の時間変化。