Rapid nucleation and crystallization induced by microsegregation of glasses
| Project/Area Number |
19K15663
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
Shinozaki Kenji 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10723489)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 核形成 / 不均質 / ナノ結晶 / 中距離構造 / X線全散乱 / 分子動力学法 / 第一原理計算 / アップコンバージョン / ガラス / 非晶質構造解析 / ミクロ偏析 / フッ化物ナノ結晶 / XAFS / 微小球 / 構造解析 / ゆらぎ / 太陽光波長変換材料 / 過冷却融液 / レーザー / 非晶質構造 / 結晶化 |
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| Outline of Research at the Start |
ガラス中に機能性のナノ結晶を析出させることで、波長変換などの様々な機能性を持った機能性の高透明部材が得られる。ガラス（または過冷却融液）から析出する結晶の粒径は、核形成と結晶成長のそれぞれの速度の競合によって決まり、核形成が速く成長が遅ければ結晶粒径は小さくなる。本研究では、従来の長時間熱処理による結晶化とは一線を画す、融液冷却固化過程での超高速ナノ結晶化を目指す。ガラスの中距離構造、ミクロ偏析を設計することで、超高速の核形成が実現し、超短時間熱処理でナノ結晶化可能であることを実証するとともに、その材料設計指針を明らかにする。
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| Outline of Final Research Achievements |
We proposed a new material design guideline for inducing microsegregation and enabled ultrafast nucleation via microsegregation as a nucleation site in this study. In order to investigate the structure of microsegregation, we analyzed the radial distribution function and performed molecular dynamics simulations. It was proposed that the mixing state of glass can be controlled by adding a third component of intermediate polarity to the fluorides such as BaF2 and oxides such as B2O3, which have low miscibility as suggested by the HBSA rule. This provides a guideline for designing a structure suitable for nucleation. Furthermore, we worked on the crystallization of glass during the cooling process of the melt, and demonstrated that nanocrystallization is possible during the cooling process.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
ガラス（または過冷却融液）から析出する結晶の粒径は、核形成と結晶成長のそれぞれの速度の競合によって決まり、核形成が速く成長が遅ければ結晶粒径は小さくなる。結晶成長の制御は粘性の調整等の指針がある一方、核形成については十分理解が進んでおらず、これまでは試行錯誤により制御するしかなかった。本研究ではガラスと結晶の構造類似性の設計方法を提案し、ガラス構造設計により核形成を加速する指針を明らかにした。また、従来困難だった急冷過程でのナノ結晶化にも成功した。この成果はより高効率の材料開発及び、高生産性での材料作製やデバイス形成の実現につながる。
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Report
(3 results)
Research Products
(31 results)
