2014 Fiscal Year Research-status Report
ガラス内部のレーザー誘起元素移動を利用した空間選択的多孔質構造形成
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26410240
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
坂倉 政明 京都大学, 産官学連携本部, 准教授 (90402958)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下間 靖彦 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40378807)
三浦 清貴 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60418762)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | レーザープロセッシング / ガラス / 空間光変調器 / 相分離 / 微細加工 / 多孔質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、パルスの繰り返し周波数の異なる二種類のフェムト秒レーザーパルスを多点に同時に集光照射することで、多数の熱源を発生させ、ガラス内部の温度分布を変調し、温度上昇による溶融によって引き起こされる元素分布を制御する技術を確立する。さらに、元素分布の変化によって、ガラスの特定の領域のみを相分離組成にすることで、ナノからマイクロメートルスケールの網目構造を局所的に形成することを目的とする。当該年度では、「局所的多孔質構造形成のためのガラス作製とレーザー誘起現象の確認」と「高精度多点同時レーザー照射システムの構築」を行うことを目的とした。
ガラス作製については、SiO2-Na2O二元系のガラスとSiO2-B2O3-RO-Al2O3のガラスを作製し、レーザー照射による溶融領域の形状の違いと誘起される現象について調査した。SiO2-Na2Oガラスでは、照射条件によって溶融領域の中央部のみでの相分離の誘起とシリコンナノ粒子の析出が確認された。一方、SiO2-B2O3-RO-Al2O3ではAl2O3が含有した影響によってガラス転移温度が高くなり、溶融領域の形状が小さくなることが明らかになった。また、ZnOを含有した場合、ZnOのナノ粒子の析出が確認された。ナノ粒子の形成は、継続的な光吸収を妨げるため、ナノ粒子が形成しないような組成を選択することが必要であると分かった。
高精度多点同時レーザー照射システムの構築では、異なる繰り返し周波数の2つのレーザーパルス列が別々の光路を通ってガラスに集光される光学系を構築することで、精密に集光点を調整できるようにした。また、レーザー照射時のガラスの融液の流れを明確に観察するために、シュリーレン干渉計を組み込んだ観察系を構築し、レーザーの集光点の高さを変えることよってガラス融液の流れや生じた気泡の蓄積や消失の制御が実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当該年度の計画にあった、ガラスの作製と基礎的な現象の調査および高精度多点同時レーザー照射システムの構築が完了し、従来の装置と比較してガラス中のレーザー光の吸収効率の向上・集光点の微調整・レーザー照射中のガラス融液の流れ観察が可能になった。一方、ガラス内部でのレーザー照射中の融液の流れによる密度分布の乱れや気泡やナノ粒子などの形成による光吸収効率の低下などが、相分離組成形成の妨げとなっているため、当該年度の目的であった局所的多孔質構造形成が実現できていない。そのため、現在までの到達度としては、「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当研究の目的である「局所的多孔質構造形成とその制御」を実現するための装置の作製がほぼ完了したため、今後はガラス組成の最適化・レーザー照射方法の探索・多孔質構造を形成するための熱処理やウェットエッチングの条件出しを行うことで研究目的を達成する。ガラス組成については、平成26年度に気泡やナノ粒子などの形成が相分離組成形成の妨げになっていることが明らかになったため、ナノ粒子などが形成しない組成を検討する。レーザー照射方法については、平成26年度にガラス融液の流れが密度分布を乱して相分離組成形成の妨げになっていることが明らかになったため、ガラス融液の流れが緩やかになるような集光点分布を探索する。多孔質構造を形成するための後工程の条件出しについては、国際ガラスデータベース INTERGLADを参照して近似組成の物性に基づいて条件探索を行う。
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| Causes of Carryover |
高精度多点同時レーザー照射システムの作製に使用する予定であったが、高価な誘電体多層膜ミラーの代わりに金ミラーを使って作製したため、予定よりも安価に作製でき、次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今後、平成26年度に使用した金ミラーの劣化が予想されるため、平成27年以降は誘電体多層膜ミラーに置き換えていくことに使用する予定である。
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