【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.12】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0192

利用課題名 / Title

共晶ハイエントロピー合金NbScTiZrの磁束ピン止め特性

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials

キーワード / Keywords

超伝導材料, ハイエントロピー合金, 臨界電流密度, 磁束ピン止め,ハイエントロピー材料/ High entropy material,電子顕微鏡/ Electronic microscope,イオンミリング/ Ion milling

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

西嵜 照和

所属名 / Affiliation

九州産業大学 理工学部 電気工学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

今野豊彦

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-504：超高分解能透過電子顕微鏡
TU-512：イオンミリング装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

近年、新しいカテゴリーの金属材料として注目されているハイエントロピー合金は、少なくとも4成分以上の構成元素をほぼ等量混合することによって混合エントロピーを高めた固溶体である。これまでに、様々な超伝導ハイエントロピー合金について磁化測定によって超伝導特性を調べた結果、臨界電流密度J_cの特性を向上させる手法として熱処理が有効であることが分かった。本研究では、共晶化による超伝導特性の制御を検討するため、共晶ハイエントロピー合金NbScTiZrについて磁化測定を行い臨界電流密度J_cを評価した。その結果、通常ではJ_cが高くないas-cast試料においても高いJ_c (>10⁵A/cm²)を示すことが分かった。さらに、熱処理によってJ_cがさらに上昇し熱処理温度500℃で最大値を示した。しかし、500℃において高いJ_cの起源になる磁束ピン止め中心が未解明であるため、東北大学の設備を用いた技術代行によりナノスケールの微細組織構造の観察を行った。

実験 / Experimental

共晶ハイエントロピー合金 NbScTiZrはアーク溶解法で作製し、作製したボタン状試料を自動精密切断機(Buehler アイソメットLS) と高精度ワイヤー切断機 (K.D.Unipress WS-22) で切断し1mm角程度のサイズに成型した。切断した試料を真空雰囲気で石英管に封入し、様々な温度T_an (200℃，300℃，400℃，500℃，600℃，800℃，1000℃) で4日間の熱処理を行った。これらの試料について磁化測定を行い超伝導特性を確認した後、T_an =500℃の試料について、イオンミリング装置 (設備ID: TU-512) を用いてTEM測定用試料の準備を行い、超高分解能透過電子顕微鏡 (設備ID: TU-504) を用いてTEM観察を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

超高分解能透過電子顕微鏡でT_an =500℃のNbScTiZrの観察を行った結果、図1に示すSTEM像が得られた。この結果は、走査電子顕微鏡とX線回折の予備実験で得られたbcc構造とhcp構造に対応していると考えられるが、STEMの結果ではこれらの組織構造はさらに微細であることが分かった。図1より、組織は50nm程度に達しており、また、その内部に更に微細な構造が観測された。J_cの測定結果とTEM観測の結果より、異なる相が分散して微細組織構造を構成することが磁束ピン止めに有効と考えられる。本研究では、T_an =500℃の試料でTEM観測を行ったが、J_cの値が異なる他の熱処理温度の試料に関しては未測定である。今後は、他の熱処理温度の組織構造とJ_cの測定結果の相関を明らかにし、磁束ピン止め中心とその機構を解明する必要がある。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1 NbScTiZrのSTEM像．

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・KSU基盤研究費（九州産業大学）「巨大ひずみ加工による超伝導特性の向上：高濃度多元素合金への展開」
・共同研究者： 東北大学 金属材料研究所 淡路 智 教授
・TEM観察の技術支援をいただきました今野豊彦教授に感謝します．

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件