Research Abstract
外部刺激で制御可能な蓄熱セラミックス
External stimulation-controllable heat-storage ceramics
2015年5月12日 Nature Communications 6 : 7037 doi: 10.1038/ncomms8037
一般に入手可能な蓄熱材料は、通常、長期にわたってエネルギーを蓄えることができない。もし、蓄積された熱エネルギーが永続的に保存される固体材料ができれば、蓄熱材料の応用の可能性は著しく広がるだろう。今回我々は、530 K以下の広い温度範囲で潜熱エネルギーを保存し、圧力をかけると蓄えた熱エネルギーを放出する相転移材料について報告する。これは、ストライプ型-ラムダ-五酸化三チタン（λ-Ti3O5）という材料であり、加圧によりベータ-五酸化三チタン（β-Ti3O5）へと固体-固体相転移を示す。転移に必要な圧力は極めて小さく、常温でわずか600 bar（60 MPa）であり、蓄積される熱エネルギーは驚くほど大きい（230 kJ L-1）。加圧によって生成したベータ-五酸化三チタンは、熱、光または電流によって再びラムダ-五酸化三チタンに転移できる。つまり、この系は、圧力と熱、圧力と光、圧力と電流で可逆的な相転移を示す。今回の材料は、蓄熱のほかに、センサーやスイッチングメモリーデバイスへの応用に役立つ可能性を秘めている。
Hiroko Tokoro, Marie Yoshikiyo, Kenta Imoto, Asuka Namai, Tomomichi Nasu, Kosuke Nakagawa, Noriaki Ozaki, Fumiyoshi Hakoe, Kenji Tanaka, Kouji Chiba, Rie Makiura, Kosmas Prassides & Shin-ichi Ohkoshi
Corresponding Author
Commonly available heat-storage materials cannot usually store the energy for a prolonged period. If a solid material could conserve the accumulated thermal energy, then its heat-storage application potential is considerably widened. Here we report a phase transition material that can conserve the latent heat energy in a wide temperature range, T<530 K and release the heat energy on the application of pressure. This material is stripe-type lambda-trititanium pentoxide, λ-Ti3O5, which exhibits a solid–solid phase transition to beta-trititanium pentoxide, β-Ti3O5. The pressure for conversion is extremely small, only 600 bar (60 MPa) at ambient temperature, and the accumulated heat energy is surprisingly large (230 kJ L−1). Conversely, the pressure-produced beta-trititanium pentoxide transforms to lambda-trititanium pentoxide by heat, light or electric current. That is, the present system exhibits pressure-and-heat, pressure-and-light and pressure-and-current reversible phase transitions. The material may be useful for heat storage, as well as in sensor and switching memory device applications.
