科学大好き!アイラブサイエンス!このブログでは、最新科学の?をくわしく調べ、誰にでもわかりやすい情報提供に努めます。
固体を加熱すると何になるでしょう?

正解は液体です。では液体を加熱すると何になるでしょう?そう気体ですね。

固体を加熱して液体になると体積はどうなるでしょう?

正解は増加します。では液体を加熱して気体になると体積はどうなるでしょう?そうやはり増加しますね。中学で学びます。

逆に液体が固体になるときは体積が減るのがふつうです。ところがこの原則に反する有名な物質があります。固体になると体積が増える物質があります。この物質は何でしょう?

正解は水です。コップに水を入れ、冷凍庫に入れるととコップが割れてしまった経験があるのではないでしょうか。氷になると体積が増えるために割れます。ここまで知っているとなかなか科学通です。

ではなぜ水の固体である氷は、体積が増えるのでしょう?

それは、氷独特の結晶構造にあります。通常固体は、正方晶や立方晶という分子の形で固体になる。分子同士のすき間は減るため体積は減少するが、水の結晶は六方晶という結晶の形をとるため、固体の方が分子の間隔が広くなります。このため氷は体積が増えるのです。

このように物質は時に変わった振る舞いをするものがあり、様々な性質が調べられています。

理化学研究所の研究グループが、温度が上がってもほとんど膨張しないセラミック単一の材料から作ることに成功しました。複合材料や特殊な合金から作ることはできたのですが、強度やコストが課題でした。このマンガン窒化物でできたセラミックは軽くて丈夫、幅広い産業への応用が期待できます。

例えば鉄は温度が1℃上がると1.2マイクロメートル(1マイクロは100万分の1)伸びます。ほんのわずかな伸びと思われますが、例えばナノメートル(1ナノメートルは10億の1)という精度を追求している半導体デバイスでは致命傷です。このため、精密加工機械、半導体製造、精密光学機器などの産業分野では、ゼロ膨張材料が求める要望が高まっています。

関連するニュース
セラミック:熱膨張率ゼロ、単一材料から開発成功…理研


温度が上がってもほとんど膨張しないセラミック単一の材料から作ることに、理化学研究所の研究チームが成功した。複合材料や特殊な合金から作ることはできたが、強度やコストが課題だった。半導体製造など精密加工が必要な産業では、温度変化によるわずかな膨張が精度の劣化につながる。このセラミックは軽くて丈夫で、幅広い産業への応用が期待できるという。

固体は通常、熱を加えると膨張する。例えば、長さ10センチの鉄は、温度が1度上がると1.2マイクロメートル(マイクロは100万分の1)伸びる。しかし、半導体の基板では0.1マイクロメートル以下の微細加工が要求されるなど、精密加工が必要な産業では熱膨張が障害になるため、製造工程で厳密な温度管理が必要となる。

理研中央研究所の竹中康司客員研究員(固体物理学)らは、セラミックのマンガン窒化物で温度が上がると収縮する現象を05年に発見。組成や焼成温度を変えて実験を重ね、50度から氷点下20度の範囲で熱膨張率がほぼゼロの物質を作った。

竹中さんは「精密加工が必要な幅広い産業に応用できる。厳密な温度管理が不要になれば、省エネにもつながる。コストも合金の数分の1程度だろう」と話している。成果は26日から東京で開かれる日本金属学会で発表する。(毎日新聞 2008年3月17日)
 

先進セラミックスの作り方と使い方

日刊工業新聞社

このアイテムの詳細を見る
半導体デバイス―基礎理論とプロセス技術
S.M. ジィー
産業図書

このアイテムの詳細を見る

ブログランキング・にほんブログ村へ ブログ検索 ブログランキングへ ランキング ←One Click please