| Project/Area Number |
21J12335
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
富田 夏奈 東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | レーザー加熱 / 分相 / X線小角散乱 / ホウケイ酸塩ガラス / 高温in-situ測定 / 多孔質ガラス / レーザー加工 / 遷移金属 / 高温融体 / リアクター |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では多孔質ガラス基板の平面上に非多孔質領域を自在に形成し、マイクロ流路用ガラス基板の高機能化、高効率化を目指す。スピノーダル分相したホウケイ酸塩ガラスをレーザー局所加熱することにより3次元空間組織制御を行う。同一基板上に異なる細孔径の多孔質領域や均質な領域を形成できるのは温度に対して構造が連続的に変化するガラスのみである。多孔質ガラスは溶融急冷法で作製したホウケイ酸塩ガラスの分相、化学エッチング処理により得る。分相によるナノ組織形成過程研究は数多くあるが、これを均質化する逆過程は殆ど研究されていない。本研究ではレーザー走査により高温状態、急冷を実現しガラスの局所ナノ構造制御を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に多孔質シリカガラス基板における非多孔質ガラス領域の形成が達成されたことを受け、このような加工がガラスへのCWレーザー照射により実現されるメカニズムを①ガラスの分相により形成されるナノ組織の非等温過程における動的な変化挙動、及び②ガラス基板へのレーザー照射過程で生じる温度場の経時変化の２点を通して明らかにした。
過冷却,準安定状態にホウケイ酸塩(Na2O-B2O3-SiO2)ガラス中の加熱および冷却過程での分相組織の生成・変化・消失（均質化）挙動を、高温in-situ X線小角散乱測定(SAXS)装置を開発し時分割測定を行い明らかにした。加熱過程ではガラスの温度履歴により、混和（分相消失・均質化）温度（1000°C以上）が異なり、分相の均質化は準安定相（バイノーダル）の成長と物質の熱拡散のバランスにより定まることを明らかにした。一方、冷却過程での分相の生成・成長は従来であれば急冷試料で分析するのが一般的であったが、本研究では初めてガラスの冷却過程の構造変化を時分割で詳細に観測できることを示し、均質な高温融液を異なる速度で室温に冷却する際、分相組織生成温度は一般的に用いられる冷却速度には依存せずに定まること、冷却速度を大きくすると高温域での核成長機構による液滴状分相の形成がスキップされることを明らかにした。レーザー照射による加熱は極めて短時間で完結するため、加熱過程や均質化した後に冷却過程での分相組織のさらなる成長が生じず、目標としていた分相組織の局所的な均質化が達成されたと考えられる。
また、有限要素法を用いた計算により、レーザーによりガラス中に与えられる熱履歴は、出力に加えてその走査速度が非常に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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