2011 Fiscal Year Annual Research Report
時空間レーザー結晶化制御によるナノ構造ガラスの創製
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21350112
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤原 巧 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10278393)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 儀宏 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (50442728)
井原 梨恵 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (20518526)
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| Keywords | 透明性結晶化ガラス / 屈折率整合 / ガラス構造 / 配向結晶化 / ゾルゲル法 / コーティング |
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| Research Abstract |
結晶化ガラスを機能性材料として用いる場合、透明かつ高配向性を有する表面結晶化構造を実現することは極めて重要である。我々が独自に開発したパルス加熱と加熱補助の方法によるプロセス技術により、この課題に関する基礎的な知見はすでに得ており、一例として、酸化チタンのナノ結晶化を示すガラスに対して、パルス加熱と加熱補助を施すことで、粒子径200nm程度のナノ結晶子がガラス表面に緻密に形成されていることを確認した。但し、この場合の透過率は約30%であり、かつ結晶方位の配向性も確認されていない。
表面結晶化によって得られる結晶方位の高い配向性が、結晶成長における幾何学的選別作用に起因するものである限り、結晶粒子サイズの微小化制御による透明性の確保・両立は極めて困難なアプローチと言わざるを得ない。これはガラス結晶化の未踏領域として材料基礎科学的な課題であると同時に、応用上充分な透明性と考えられる80%以上の透過率を機能性を損なわずに実現するという応用展開の可否を決定する重要な基本課題である。
今年度は、高屈折率を有する誘電体を析出する結晶化ガラスにおいて、結晶相の組成依存性を詳細に調べ上げ、残存するガラス相と析出する結晶相の屈折率整合に着目した組成設計を実施した。その結果、結晶化後も80%以上という高い透明性を呈し、配向度で95%以上という高い機能性も両立可能な全く新しい結晶化ガラスの作製に成功した。この新規結晶化ガラスが、従来の単結晶材料と同様に、正または負という単一の分極構造を有しており、光波を効率的に制御する電気光学効果を示すことも実証できた。さらに、コーティングによる簡便な成膜を可能とする液相法の一つであるゾルゲル法による結晶化ガラスの開発を進め、プロセスの条件最適化により高配向で機能性を示す結晶化ガラス薄膜の創製に成功した。
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