東北大開発の新銅合金、極低温下での冷却効果確認

 東北大学は、従来材料では210ケルビン(K)が最低温度であった超弾性に付随する冷却効果(弾性熱量効果)が、銅を主成分とする超弾性合金(銅―アルミ―マンガン系超弾性合金)で22Kまで得られることを確認したと発表した。極低温環境での超弾性効果による大きな冷却効果を実現できることからフロンガスを用いない地球環境に優しい低温用固体冷却素子として、超電導デバイスや液化ガス用の冷凍機などへの応用が期待されるとしている。

 一般に材料は低温になるほど硬くなり、伸縮性を失うが、同研究グループでは形状記憶合金にみられる「大きく変形させる力を除くと元の形に戻る性質(超弾性)」を活用することで極低温(4・2K)まで約7%の伸縮が可能な銅合金を開発していた。今回は、この伸縮時に得られる冷却効果を評価し、22Kまで冷却効果が得られることを明らかにした。これまで報告されている超弾性合金における弾性熱量効果発現の最低温度は210Kだったことから応用可能な温度幅を大幅に広げる成果となる。

 弾性熱量効果は、応力の印加・除荷に応じて結晶構造や磁気構造が変化する変態において、変態前後での発熱や吸熱が起こる効果。断熱環境下で変形させることにより、同効果での冷却が可能となることからフロンガスを用いた従来の冷却手法に代わる技術として注目されている。

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