2017 Fiscal Year Annual Research Report
Engineering of crystallization of glasses using control of glass structure and induction of large stress
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16K18233
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
篠崎 健二 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 無機機能材料研究部門, 研究員 (10723489)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ガラス / 酸フッ化物 / ナノ結晶 / アップコンバージョン / 結晶化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガラスの結晶化を利用した新材料合成のため、ガラス構造の効果および結晶化に伴い誘起された応力、欠陥が及ぼす結晶化ガラスの形態、相、特性について明らかにした。
1) Y3Al5O12となる組成のガラスをガス浮遊法によって合成し、熱処理結晶化を施した結果、立方晶Y3Al5O12が析出した。析出したは、格子定数が大きく歪み、また、陽電子消滅から固相法等で合成した結晶に比べ、多量の欠陥を含有していることが示唆された。これらにより蛍光イオンサイトが歪み、Ce添加による発光ピークのシフトを観察することができた。ガラス結晶化が析出結晶の相だけでなく、特性、欠陥に大きく影響することを提示した。
2)33.3BaF2-66.7B2O3の2成分型からなるガラスは熱処理によって分相を形成し失透する。これに、第三成分としてMgやAlを添加すると、フッ素イオンの環境が変化し、熱処理によってBaMgBO3FやBaAlBO3F2を析出する。一方で、xZnO-33.3BaF2-66.7B2O3の形でZnを添加すると、BaF2が析出した。無添加の場合は30nm程度のナノ結晶が凝集して析出し失透したが、Er3+を1mol%添加すると、凝集はなくなり、またナノ結晶の粒子径も8nmまで低減し、高い透明性が得られた。また、熱処理結晶化によりBaF2の低フォノンエネルギーに由来して、Er3+添加により高いアップコンバージョン特性が得られた。また、結晶化させない場合でも高フォノンエネルギーのホウ酸ベースにもかかわらず、良好なアップコンバージョン特性を示した。融液を急冷した瞬間には既にフッ化物結晶のような局所構造がEr3+周囲に形成していることを提案し、ガラスの局所構造が結晶化挙動に大きく影響することを明らかにした。
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