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2018 Fiscal Year Research-status Report

環境調和型鉛フリーゼロ光弾性リン酸塩ガラス材料の開発と構造

Research Project

Project/Area Number 17K05041
Research InstitutionEhime University

Principal Investigator

斎藤 全  愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (80431328)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords光弾性定数 / リン酸塩ガラス / ガラス構造
Outline of Annual Research Achievements

前年度に引き続いて,BaOを含有したリン酸塩ガラスの組成開発を実施し,2つの組成系において,非常に小さい光弾性定数を有するガラスを見出した。このことは,ゼロ光弾性(< 0.05 B),高屈折率(> 1.85),良耐候性(< 10-10 kg/mm2)を有するリン酸塩ガラスを提案したことに相当する。これらのガラス組成を含む,組成系に対する構造解析を実施した。未だ解析の途中ではあるものの,高分極率カチオン(Ba2+)の酸素配位数,PO4四面体の連結構造をそれぞれ,中性子線回折,核磁気共鳴法で調査し,ゼロ光弾性ガラス構造の特徴を提示できる段階まで至っている。
BaOを高濃度に含有するリン酸塩ガラスでは,SnOを含有するガラスとは異なり,リン酸塩ネットワークの変化に敏感ではない。ガラスの加工性の容易さに関係する熱的特性として粘度,結晶化性を取り下げた場合,BaO含有リン酸ガラスの軟化温度は500度程度で,軟化中に熱的に結晶化する可能性は低いと言える。一方,ガラス化範囲はSnOを含有するリン酸塩ガラスの方がワイドであり,光弾性定数の符号に関して,正,零,負のいずれの符号を有する組成がガラス化範囲内において作製可能である。SnOがガラスの網目構造形成に寄与するのに対して,BaO中のBa2+のイオン半径が大きいことに起因して,光弾性定数の負符号を有するガラスが作製できない。これらの成果について,現在,International Journal of Applied Glass Science誌に投稿中,J. Non-Crystalline Solids誌から4報,physica status solidi (b) 誌から1報,Japanese Journal of Applied Physics, Rapid Communication誌から1報出版されている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

現在までに得ている知見としては,リン酸塩ガラスにおける低光弾性を有するガラス構造には,長鎖のリン酸と短鎖のリン酸(リン酸四面体2分子程度)がバランスする必要があると結論付けるに至っている。すなわち,長鎖のネットワークが高分極性イオンを包み込み,ニッチな場所を短鎖ユニットが空間的に補填して,ガラス構造全体の電子分極率を一様にしているモデルに相当する。低光弾性を示すガラスの具体的な構造の提示と,光学物性の比較を行うことができる点で,当初の計画以上に進んでいると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

リン酸塩ガラスといってもリン酸と酸化物の割合,種類ともに多様である。高分極性イオン酸化物に特化して低光弾性を示すガラスの具体的な構造を調査してきたが,未知のリン酸塩ガラスの光弾性定数を予測できるような構造パラメーター,組成パラメーターの取得に取り組みたい。

Causes of Carryover

2019年6月に研究成果に関連してInternational Congress of Glass 2019(Boston)にて招待講演が予定されているため。

  • Research Products

    (9 results)

All 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Characterization of 20Na2O・30((1?x)CaO・xSrO)・50P2O5 glasses for a resorbable optical fiber application2019

    • Author(s)
      Freudenberger Parker T.、Saitoh Akira、Ikeda Hikaru、Adnan Md Shihab、Takebe Hiromichi、Nakane Shingo、Kim Chang-Soo、Brow Richard K.
    • Journal Title

      International Journal of Applied Glass Science

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1111/ijag.13106

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The structure and properties of xZnO-(67-x)SnO-33P2O5 glasses: (IV) Mechanical properties2019

    • Author(s)
      T. Okamoto, A. Saitoh,* P. Freudenberger, H. Takebe, and R. K. Brow
    • Journal Title

      J. Non-Cryst. Solids

      Volume: 513 Pages: 44~48

    • DOI

      10.1016/j.jnoncrysol.2019.02.030

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Properties and Structure in Ternary Meta-, Pyro-, and Ortho-Zinc Tin Phosphate Glasses With Small Photoelasticity2018

    • Author(s)
      Saitoh Akira、Hashida Yuto、Tricot Gregory、Takebe Hiromichi
    • Journal Title

      physica status solidi (b)

      Volume: 255 Pages: 1800318~1800318

    • DOI

      10.1002/pssb.201800318

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization and structure of a fiber of BaO?SnO?P2O5?B2O3 glass with a very small photoelastic constant2018

    • Author(s)
      Saitoh Akira、Itadani Masayuki、Kitani Suguru、Matsuishi Satoru、Sasaki Masaru、Kawaji Hitoshi、Hosono Hideo、Takebe Hiromichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Pages: 080310~080310

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.080310

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The structure and properties of xZnO?(67-x)SnO?33P2O5 glasses: (II) Diffraction, NMR, and chromatographic studies2018

    • Author(s)
      Hoppe Uwe、Saitoh Akira、Tricot Gregory、Freudenberger Parker、Hannon Alex C.、Takebe Hiromichi、Brow Richard K.
    • Journal Title

      Journal of Non-Crystalline Solids

      Volume: 492 Pages: 68~76

    • DOI

      10.1016/j.jnoncrysol.2018.04.017

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 多元系リン酸塩ガラスの光弾性特性2019

    • Author(s)
      冨原佑介,岸本 薫,武部博倫,斎藤 全
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] Mechanical properties in heavy metal containing oxide glasses with small photoelastic constant2019

    • Author(s)
      T. Okamoto, H. Takebe, and A. Saitoh
    • Organizer
      ICG Annual meeting 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 亜鉛スズリン酸塩ガラスの機械的特性と構造2018

    • Author(s)
      岡本孟也,斎藤 全,武部博倫
    • Organizer
      応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] バリウム亜鉛リン酸塩ガラスの特性と構造2018

    • Author(s)
      岸本 薫,Gregory Tricot, 武部博倫,斎藤 全
    • Organizer
      応用物理学会秋季学術講演会

URL: 

Published: 2019-12-27  

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