光機能を有する新規テルライト系透明ガラスセラミックスの設計と開発

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455300
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 小松 高行 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (60143822)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 紅野 安彦 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (90283035)
• Keywords: ガラスセラミックス / テルライト系ガラス / 非線形光学ガラス / 準安定結晶 / 第二高調波発生

Research Abstract

光機能性を有する新規な先端無機材料の設計および開発はこれからのフォトニクス時代に向けて重要かつ緊急の研究課題である。本研究は、申請者の発見した透明なテルライト系ガラスセラミックスにおける第二高調波発生(SHG)を示す準安定結晶の詳細な構造を決定し、第二高調波発生機構を解明すると共に、これまで全く注目されることのなかった準安定結晶を積極的に利用した新しい透明な光機能を有するガラスセラミックスを開発することを目的とする。
本研究で得られた成果は次の通りである。1)15K_2O-15Nb_2O_5-70TeO_2系ガラスの熱処理によって得られるSHGを示す結晶相の化学組成は、ほぼK_2(Nb1/3Te2/3)_2O4.8に対応し、構造は酸素欠損型の蛍石型構造を有する。X線回折パターンの(311)面は非対称であり、立方晶からわずかにひずんでいる。このひずみがSHGの起源であると結論した。2)SHGを示す結晶相のラマン散乱スペクトルは非常にブロードであり、SHGを示す結晶相においてK^+,Nb^<5+>,Te^<4+>の配列はランダムになっている。3)上記ガラス系でK_2OのRb_2Oでの置換を検討した結果、生成するSHGを示す結晶相にはRb^+はわずかにしか固溶しない。これは、イオン半径の大きなRb^+では、結晶相のひずみが大きくなりすぎ、不安定なためと結論した。4)xNa_2O-(15-x)K_2O-15Nb_2O_5-70TeO_2系の得られる結晶相の格子定数はNa^+の置換と共に連続的に減少し、Na^+とK^+が生成する結晶相においてお互いに全率固溶する。SHGは、Na_2O/K_2O比と共に急激に小さくなり、x=8の透明ガラスセラミックスではSHGは確認できない。5)Nb_2O_5をTa_2O_5,WO_3,MoO_3,Bi_2O_3で置換すると、母体ガラスのガラスの熱的安定性が非常に大きくなり、SHGを示す結晶相の生成は極めて難しくなる。本研究によって、テルライト系ガラスから生成するSHGを示す結晶相の生成挙動が明らかになり、透明ガラスセラミックスの開発に対して多くの知見を得た。

Research Products

• [Publications] Takayuki Komatsu: "Heat capacity changes at glass transition in mixed alkali tellurite glasses" Journal of the American Ceramic Society. 80巻(印刷中). (1997)
• [Publications] Takayuki Komatsu: "Thermal stability and optical properties of K_2O-Nb_2O_5-TeO_2 glasses" Physics and Chemistry of Glasses. 38巻(印刷中). (1997)