video: This bending test of a copper-aluminium-manganese single-crystal bar (68 cm in length and 16 mm in diameter) produced by cyclic heat treatment shows a super-elastic response with almost no residual strain. view more
Credit: Toshihiro Omori (via Nature Communications)
発表のポイント
単純な熱処理で金属の結晶粒が急激に成長する現象のメカニズムを解明 解明したメカニズムを基に、単結晶形状記憶合金の量産プロセスを開発 建物の耐震性を高める形状記憶合金部材の実用化に道筋 概要。
東北大学大学院工学研究科の大森俊洋准教授（金属フロンティア工学専攻）、貝沼亮介教授（同専攻）の研究グループは、京都大学大学院工学研究科の荒木慶一准教授（建築学専攻）、株式会社古河テクノマテリアル特殊金属事業部の喜瀬純男課長（技術開発課）のグループと共同で、銅を主成分とする形状記憶合金の単結晶部材が量産できる製造プロセスを開発しました。
通常、金属は多数の結晶粒（同一方向の規則的な原子配列を持つ領域）で構成されます。本研究では、単純な熱処理で特定の結晶粒が急激に大きくなる「異常粒成長現象（図1）」を引き起こすメカニズムを解明。また、長さ70センチの単結晶棒材の製造に成功しました。一つの結晶粒のみからなる単結晶の形状記憶合金が量産できると分かったのは、我々も当初は全く予想していなかった、金属学の常識を覆す画期的な成果です。
実用面では、単結晶形状記憶合金部材の製造に要するコストが数百分～数十分の1と、飛躍的に低減できます。また、部材を単結晶化することで、変形回復や疲労などの特性を数倍から数十倍に向上でき（図2）、建物の耐震性を高める特殊部材（鉄筋の一部を代替）としての実用化に道筋がつきました。
この研究成果は2017年8月25日（英国時間）、英科学誌「Nature Communications（電子版）」で公開されました。
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Journal
Nature Communications