2022 Fiscal Year Annual Research Report
ネットワーク断片化がもたらす酸化物ガラスの特異な物性と構造
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20H02429
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
増野 敦信 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (00378879)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 孤立BO4 / 高硬度ガラス / 希土類モリブデン酸塩ガラス / XAFS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度の成果としてまず，希土類ホウ酸塩ガラスの構造解析が大きく進展したことがある．これまでは，希土類を主成分とする組成では孤立BO3のみが存在しているとしていたが，希土類イオンのイオン半径が小さくなるに従って，孤立BO4も現れることを実験的に明らかにした．これをもとに構造モデルの改良に取り組むことができた．Al2O3-SiO2ガラスに関しては，AlのMAS NMRスペクトルを再現する構造モデルを第一原理計算によって作製し，従来5配位Alに対応するとしていたピークが，どのようなAl局所構に由来するのかを具体的に抽出することができた．さらに第三成分としてMgOやZrO2を加えたときの，構造変化と物性との相関を確認した．MgOを添加した場合，密であったガラス構造が緩くなり，より従来型のネットワークガラスに近づくこと，一方ZrO2が添加されるとより密な構造となり，硬度が大幅に増大することを見出した．さらに新しいガラス系としてLa2O3-MoO3-WO3三元系において，幅広いガラス化範囲を確定した．この中でLa2O3-MoO3二元系ガラスに関しては，同じ組成の結晶相が安定相として存在することもあり，より精緻なガラス構造解析が進められた．Raman散乱分光，XAFS，回折などの手法を併用することで，このガラス中ではMo-O-Moのネットワークは存在せず，Moは孤立MoO4四面体を形成していることを明らかにした．とくに興味深いのは，ガラスと結晶相とで各種スペクトルに大きな差が無かったことである．これは，ガラスの原子配列は結晶相とほぼ同一であるが，わずかなずれによって長距離秩序が失われたことで，ガラス状態が実現されていることを示唆している．可視域での透過スペクトルから求めたバンドギャップは，結晶相よりもわずかに小さい値であった．これは原子配列のランダムネスに由来するものであると結論づけた．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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