Clarification of metal precipitation mechanism in glass by solid-state ion exchange method and development to glass processing
| Project/Area Number |
20J13023
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 国内 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
|
|---|
| Research Institution | Chiba University |
|---|
Principal Investigator |
川村 拓史 千葉大学, 融合理工学府, 特別研究員(DC2)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
|
| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
|
|---|
| Keywords | 固体イオン交換法 / 金属析出 / 銀 / ガラス / 電圧印加 / 数値解析 / レーザ / ホウケイ酸ガラス / 銀析出物 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
本研究では，固体イオン交換法を利用したガラス内金属析出現象について着目し，本現象の定量的な評価や制御手法の確立について行う．ガラス内金属析出現象とは，ガラス内に添加された金属イオンに対し，電子を供給することで，ガラス内に樹状の金属結晶が生じる現象である．本現象は，現在，銀と銅がガラス内に析出することが確認されている．この金属析出物は高い電気伝導性を有することから，ガラス内電気伝導路としての応用が期待される．また，析出時にガラス内に数百nm程度の微細な亀裂を形成することから，湿式エッチングを併用した穴加工が提案されている．本研究では，これらの加工応用を実現することを目的としている．
|
| Outline of Annual Research Achievements |
ガラスの特殊加工法として固体イオン交換法が存在する．この手法は，高温(350 ℃程度)に加熱したガラスと固体金属を接触させ，金属側を陽極とした電圧を印加することで，ガラスに金属イオンを添加する手法である．また，本手法でイオンを添加したガラスに対し，今度はガラス側を陽極とした電圧を印加すると，ガラス内でイオンが還元し，樹状の金属析出物が形成されることが知られている．しかし，このガラス内金属析出現象が発見されたのは近年のことであり，まだメカニズム等が十分に明らかになっておらず，その工学的応用も十分に検討されていない．
そこで本研究では，金属析出現象のメカニズムの詳細を明らかにし，その工学的応用を検討することを目的とした．金属析出現象は，ガラス内に添加した金属イオンの還元反応によって生じることが明らかになっているが，その成長速度や成長方向に関する研究は十分に行われていない．これは，析出挙動の動的観察が行われていないためである．
そこで本研究では，実験に使用する真空チャンバと実験手法を改善し，ガラス内の析出挙動の動的観察に初めて成功した．また，本観察手法と絶縁破壊モデルと呼ばれる数値解析モデルを利用することで，析出挙動とガラス内の電場の影響について明らかにした．本解析により，初期の電場形状によって生じる最終的な析出物の形状を予測することが可能となった．また，析出挙動の温度場の影響を検討するため，レーザ加熱によってガラスの局所加熱を行った．その結果，レーザ加熱を併用することで，析出位置を簡易的に制御することが可能となった．今後はさらに微小な領域での析出挙動の観察や，析出物の形状制御について検討する．
|
| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
|
Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
