High-temperature dynamics of chalcogenide glasses exhibiting unique viscoelasticity

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05097
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Naoyuki Kitamura 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (10356884)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 角野 広平 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (00356792) ; 正井 博和 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10451543)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: カルコゲナイドガラス / 粘弾性 / 構造緩和

Outline of Final Research Achievements

Stress relaxation is important problem in glass molding. The peculiar high-temperature relaxation phenomenon of chalcogenide glass was performed by energetic interpretation with high-temperature Raman scattering spectroscopy and high-temperature X-ray absorption fine structure (XAFS) analysis. The relaxation consisted of slow- and fast-relaxations. The former relaxation process was suggested to relate to a dissociation of homopolar bonds, such as Ge-Ge and S-S, in the glass network structure where shear motion is induced at high temperatures, and the latter one related to that of heteropolar bonds such as Ge-S and Sb-S, which causes reconstruction of the glass network structure. Raman scattering data and XAFS results supported the dissociation of homopolar bonds below the glass transition temperature.

Free Research Field

無機材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

無機ガラスの高温粘弾性体の構造緩和のガラスの高温ダイナミクスを理解するうえで大変興味深い。カルコゲナイドガラスにみられる特異な２段階緩和が、ガラス構造内の特定の結合の解離と再結合に関係することが理解できたことは学術的進歩であり、他のガラス系においても温度上昇に伴う粘弾性挙動を理解するうえで重要な知見となる。実用的にはガラスの高温プレス成型における内部歪、割れや成型精度などの成形性の問題の解決につながるうえで重要な知見が得られており、今後光学レンズなどの成形プロセスやガラス材料開発に展開されるものと期待できる。