ユビキタス元素を用いた低光弾性透明酸化物ガラスの創製
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21K04652
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
斎藤 全 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (80431328)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 汎用元素 / 無色透明酸化物ガラス / 光弾性 / 屈折率 / 光弾性定数 / 酸化物ガラス |
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| Outline of Research at the Start |
液晶プロジェクター用のレンズ，フィルターのように，厳密な偏光制御をともなう光学ガラス素子では，極めて小さな応力誘起複屈折性(ゼロ光弾性)が必須な機能である。光学ガラスの製造，使用，廃棄を環境に配慮して実施するためには，現行ガラスに含まれる高分極性Pb2+イオンを排除した新規ガラスが必要である。本研究では，汎用元素を用いた無色透明な酸化物ガラスの提案，複雑な組成によらない低光弾性・高屈折率性の発現と検証，ガラスの微細構造に立ちかえった機能性の解明を行う。元素選択と構造特異性に関する科学的根拠を提示し，ゼロ光弾性，無色透明，有害元素フリーで持続可能な光学素子の開発につなげる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
いわゆる環境破壊につながる毒性元素を用いずに、低光弾性特性を有する酸化物ガラスの探索および開発は順調に推移し、査読付き原著論文および学術学会の場で公表している。ガラス組成に含まれるSnOは容易に酸化しやすく、仮に酸化してSnO2になればガラス中で微結晶が析出し、酸化物ガラスの透明性は失われる。したがって、今年度はガラスの溶融中に、電気炉内の酸素分圧をその場観察して、上記の結晶を生じない最適な溶融中の酸素分圧を見出した。このような条件で作製されたユビキタス元素のみを用いた酸化物ガラスは、SnOを含有する多様な組成系で得られ、光弾性定数が|0.05 x 10-12 Pa-1|より小さい、いわゆるゼロ光弾性を示すことが分かった。光学特性として、屈折率が1.7以上で、可視光域で無色透明である。
環境調和型元素を使用したゼロ光弾性酸化物ガラスを社会実装するためには、一度に作製するガラスバッチのスケールアップが必要であり、ガラスメーカーの作製コストおよび歩留まりを改善できる。したがって、新たに見出した上記の方法を用いながら、溶融する際に使用するルツボを大容量にして、溶融急冷法で得られるガラスを大きくする試みを行った。汎用のアルミナルツボにバッチを詰めて、通常の箱型電気炉を用いて酸素分圧を最適化しながらガラス作製をおこなった結果、従来よりも4倍くらい大きなゼロ光弾性ガラス試料を得た。この試みは、ガラスメーカーにおけるガラス作製プロセスの簡素化と一度に大量のガラス部材を得るための一助になると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請課題に関する内容で、査読付き原著論文3報、および国内学会2件、国際学会2件で外部公表をしている。すなわち、昨年度の成果が第3者からの適切な評価を受けていると言えるから。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸素分圧を制御する必要がない、いわゆるSnなどのpブロック元素を用いない酸化物ガラス組成を探索する。これによって、作製プロセスのさらなる簡素化が見込めて、低光弾性酸化物ガラスの作製面からのハードルを下げることが可能である。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
