2021 Fiscal Year Research-status Report
酸化物ガラス融液の粘性流動の微視的機構の解明とその制御
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20K05089
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
清水 雅弘 京都大学, 工学研究科, 助教 (60704757)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 粘性流動 / 粘度 / 化学反応 / 網目骨格 / ガラス融液 / ガラス / 活性化エネルギー / Qn分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に、アルカリシリケート融液における粘度のアルカリ種依存性について、NaおよびK間での粘度の大小関係(NaよりもKの方が粘度が高いという実験報告)を古典分子動力学で再現することに成功した。
本年度は、NS2ガラス融液中の反応種ごとの第一原理NEB計算を行い、Q3が攻撃種、Q4が基質、Q4が脱離種である場合には、Naの方が活性化エネルギーが大きいという結果になった。これではNaの方が反応回数が多いという結果をエネルギーの観点からは説明できない。そこで、新たな化学反応解析アルゴリズムを作成し、古典分子動力学計算によってQ3が基質として振る舞う化学反応の活性化エネルギーを調べたところNaの方が活性化エネルギーが低く、これによって化学反応回数を説明できることがわかった。以上より、反応に参加する化学種ごとに議論することで解明につながると考えられる。
ガラス関連の文献等では「Kを含む系よりもNaを含む系の方が、網目骨格中のSi-O結合が弱くなる」との表現がなされてきたが、これを「Kを含む系よりもNaを含む系の方が、反応遷移状態が安定化しており、粘度が下がる」という表現に書き換えられると考えられる。このような化学反応という微視的な観点での知見は、各元素が粘度という物性にどのように影響を及ぼしているかを理解することにつながり、それを直観的に制御することにつながる。ひいては今後のガラスの組成開発につながり、産業応用に貢献できる結果と考えている。
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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
実験結果に反する結果が出たと思ったが、化学反応に参加する化学種ごとに活性化エネルギーを調べることで、化学反応の回数を説明できることがわかったから。今後につながる重要な結論であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
系内で最も頻度が高い化学反応に着目し、古典分子動力学計算と第一原理NEB法の両方で活性化エネルギーを算出し、結論が一致することを確かめる。さらに、化学反応を加速するための手法を考える。
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| Causes of Carryover |
計算機シミュレーションでの研究に終始し、粘度測定実験や外注を行わなかったため。学会がオンラインで行われたことにより旅費が必要なかったため。
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