2020 Fiscal Year Annual Research Report
ガラス中の金属球へのレーザ照射により誘起される物質移動現象と光学デバイスへの応用
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19H02035
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
比田井 洋史 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (60313334)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森田 昇 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30239660)
松坂 壮太 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30334171)
岸 哲生 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90453828)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | レーザ / ガラス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
移動中の球の形状の解明：移動中の金属球が変形する場合がある．この形状変化は界面張力の不均一や周囲のガラスの抵抗に起因すると考えられる．この界面張力の不均一は駆動力の主な原因であり，移動現象の解明に役立つと期待できる．さらに，大きく変形させることでガラス内部にて金属球を分離することが期待できたため，本年度は金属球の分離について検討を行った．金属球に2方向からレーザ照射することで，金属球が分離し，2球となってそれぞれのレーザ光源方向へ向かって移動する現象を見出し，この分離のプロセスについて，高速度カメラ観察，分光分析，数値解析による温度推定などを行った．その結果，2球に分裂するのに必要な条件あんどを明らかにした．
金属球の導入プロセス：最初に金属箔ガラスに金属球が導入する際，球の移動とは異なる発光と高速な移動が認められる．この導入プロセスについて，高速度カメラによる観察，分光分析，温度解析，軌跡の化学分析などを行った．その結果，導入に必要な温度条件などを明らかにし，これまでには導入が困難であった銅や金の導入を可能にした．
ドープ・析出・デドープ・偏在現象の解明：金属球の移動に伴いガラス中への金属のドープ，ナノ粒子の析出，ガラス微量元素のデドープ，ガラス成分の偏在が起きるプロセスを調査した．金を導入した際には，金ナノ粒子が軌跡に拡散し，金属球の移動速度と金ナノ粒子の粒径，ガラスの光学特性などの関係について，明らかにした．さらに，ニッケル合金属球の移動軌跡に金属ナノ粒子が偏在し，20ミクロン程度の間隔の縞ができる現象がある．この縞の間隔と合金中のニッケルの含有量に相関があることを見出した．
ガラス・金属の違い：ガラス，金属の組み合わせを変えることで，ドープ・析出・デドープ・偏在現象が変わる．本年度は特に金，銅などの導入と軌跡への拡散について，検討を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた，金属球の変形については進展がなかったものの，大変形させ分離させることを実現した．導入プロセスについては，実験，観察，数値解析など多方面から検討を行い，熱的な条件については，明らかになってきた．あと，様々なガラス，金属球への組み合わについては，あまり進んでおらず，来年度，挽回する予定である．これらから，項目間での進展の差はあるものの，おおむね順調に推移していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
項目間の進展の差を解消しつつ，引き続き計画に則って研究を遂行していく予定である．
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