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酸化物系ランダム構造の領域分割と物性理解

研究課題

研究課題/領域番号 16H04543
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 金属・資源生産工学
研究機関東北大学

研究代表者

柴田 浩幸  東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50250824)

研究分担者 助永 壮平  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20432859)
太田 弘道  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (70168946)
金 キョンホ  東北大学, 多元物質科学研究所, 研究支援者 (30733589)
研究協力者 金 炅滸  東北大学, 多元物質科学研究所, 研究支援者 (30733589)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2018年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2016年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
キーワードケイ酸塩 / 融体 / ガラス / 熱伝導度 / 粘度 / NMR / Raman / ケイ酸塩融体 / ネットワーク構造 / スラグ / 高温融体物性 / 酸化物ガラス / 核磁気共鳴分光法 / ケイ酸塩ガラス / 構造解析 / 構造
研究成果の概要

ケイ酸塩融体や同ガラスの物性(粘度や熱伝導度など)は、金属製精錬やガラス製造などの高温プロセス制御のため重要である。一方で、工業的に扱われる多成分系融体やガラスにおいては、構造の特徴付けが容易ではないため、物性発現メカニズムの理解が進んでいない。本研究では、CaO-RxO-SiO2-Al2O3(R=Li, Na, K, or Mg)系融体およびガラスの粘度および熱伝導度評価を行った。また、網目構造とその切れ目であるチャンネルを構成する陽イオン近傍の局所構造を同系ガラスの分光分析により特徴付けた。網目構造を構成するケイ素やアルミニウムイオンの酸素配位数が同系材料の物性に影響することが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

放射性廃棄物のガラス固化プロセスなど、トライアル&エラーによる最適化が困難な高温プロセスでは、プラントや溶融炉等の設計時点で詳細なプロセスシミュレーションが不可欠である。酸化物を溶解し、スムーズに流し出すには、融体やガラスの熱伝導率や粘度は特に重要な物性値であると言える。本課題で得られた知見は、工業的に扱われる多成分系酸化物融体の物性発現メカニズムの理解を進展させ、組成設計の指針となると期待できる。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] AlO<sub>1.5</sub>-R<sub>2</sub>O-SiO<sub>2</sub>(R=Li, Na)融体の熱浸透率測定2018

    • 著者名/発表者名
      眞子巧巳, 西 剛史, 太田弘道, 助永壮平, 柴田浩幸
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 82 号: 11 ページ: 419-422

    • DOI

      10.2320/jinstmet.JAW201803

    • NAID

      130007500590

    • ISSN
      0021-4876, 1880-6880, 2433-7501
    • 年月日
      2018-11-01
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of thermal conductivity of silicate melts using three-dimensional thermal resistor network model2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Nishi, Hiromichi Ohata, Sohei Sukenaga and Hiroyuki Shibata
    • 雑誌名

      Journal of Non-Crystalline Solids

      巻: 482 ページ: 9-13

    • DOI

      10.1016/j.jnoncrysol.2017.11.014

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Ca-Mg substitution effect on transport properties of aluminosilicate glasses and melts2017

    • 著者名/発表者名
      Sohei Sukenaga, Kyung-Ho Kim, Koji Kanehashi and Hiroyuki Shibata
    • 雑誌名

      Proceedings of the 2nd ISIJ-VDEh-Jernkontoret Joint symposium

      巻: 1 ページ: 249-252

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Oxygen Speciation in Multicomponent Silicate Glasses Using Through Bond Double Resonance NMR Spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      Sohei Sukenaga, Pierre Florian, Koji Kanehashi, Hiroyuki Shibata, Noritaka Saito, Kunihiko Nakashima, Dominique Massiot
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 8 号: 10 ページ: 2274-2279

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.7b00465

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural role of alkali cations in calcium aluminosilicate glasses as examined using oxygen-17 solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy2016

    • 著者名/発表者名
      Sohei Sukenaga, Koji Kanehashi, Hiroyuki Shibata, Noritaka Saito, and Kunihiko Nakashima
    • 雑誌名

      Metallurgical and Materials Transactions B

      巻: 47 号: 4 ページ: 2177-2181

    • DOI

      10.1007/s11663-016-0689-7

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] アルカリアルミノケイ酸塩(R2O-SiO2-AlO1.5, R=Li, Na)融体の粘度2018

    • 著者名/発表者名
      生駒諒太, 遠藤貴彦, 助永壮平, 柴田浩幸
    • 学会等名
      第39回日本熱物性シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] CaO-R2O-Al2O3-SiO2 (R = Na, K)系融体の粘度測定2018

    • 著者名/発表者名
      馬場周平, 助永壮平, 金橋康二, 柴田浩幸
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第31回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] R2O-SiO2-AlO1.5(R=LiorNa)系ガラスの熱伝導度2018

    • 著者名/発表者名
      助永壮平, 遠藤貴彦, 脇原徹, 尾原幸治, 太田弘道, 柴田浩幸
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会第175回春季講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] R2O-SiO2-AlO1.5 (R=Li or Na)系ガラスの密度、比熱、熱伝導度2018

    • 著者名/発表者名
      助永壮平, 遠藤貴彦, 柴田浩幸, 山田大貴, 脇原徹, 尾原幸治, 西剛史, 太田弘道
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 2018 年年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Structural role of aluminum cation in alkaline-earth aluminosilicate glasses2018

    • 著者名/発表者名
      Sohei Sukenaga, Koji Kanehashi, Kyung-Ho Kim, Hiroki Yamada, Toru Wakihara, Koji Ohara, Koji Inoue, Yasuyoshi Nagai, Hiroyuki Shibata
    • 学会等名
      15th International conference on the physics of non-crystalline solids & 14th European society of glass conference
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Viscosity of alkaline aluminosilicate (R2O-SiO2-AlO1.5, R=Li, Na) melts2018

    • 著者名/発表者名
      Ryota Ikoma, Sohei Sukenaga and Hiroyuki Shibata
    • 学会等名
      Kick off symposium of academic exchange program for TAIPEI TECH-IMRAM
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Ca-Mg substitution on transport properties of aluminosilicate glasses and melts2017

    • 著者名/発表者名
      Sohei SUKENAGA, Kyung-Ho KIM, Koji KANEHASHI, Hiroyuki SHIBATA
    • 学会等名
      2nd ISIJ-VDEh-Jernkontoret Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal diffusivity measurement for metalic and oxide glasses using a laser flash method2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Shibata,Sohei Sukenaga,Tsuyoshi Nishi,Hiromichi Ohta
    • 学会等名
      European Conference on Thermophysical Properties, ECTP 21st
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effect of redox state of iron on viscosity of sodium silicate melts2017

    • 著者名/発表者名
      Sohei Sukenaga, Hiroki Yamada, Toru Wakihara, Koji Ohara, Seiji Kamada, Pierre Florian,Hiroyuki Shibata, Maria Rita Cicconi, Daniel Neuville
    • 学会等名
      Goldschmidt 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] レーザフラッシュ法によるLi2O-SiO2-Al2O3系ガラスの熱伝導率測定2017

    • 著者名/発表者名
      遠藤 貴彦, 助永 壮平, 柴田 浩幸
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 無機物質の溶融・固体状態の構造・物性計測と材料プロセスへの応用2017

    • 著者名/発表者名
      柴田 浩幸, 助永 壮平, 川西 咲子
    • 学会等名
      資源・素材2017 (札幌)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] アルミノシリケートガラスおよび融体の輸送特性に及ぼす Ca-Mg 置換の影響2016

    • 著者名/発表者名
      金炅滸, 金橋康二, 助永壮平, 柴田浩幸
    • 学会等名
      第 37 回日本熱物性シンポジウム
    • 発表場所
      岡山国際交流センター(岡山県岡山市)
    • 年月日
      2016-11-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 高温冶金現象に関わるその場観察と熱物性測定2016

    • 著者名/発表者名
      柴田浩幸
    • 学会等名
      日本金属学会 2016年秋期講演(第159回)大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2016-09-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ケイ酸塩ガラス中の元素分布に基づいた物性理解2016

    • 著者名/発表者名
      助永壮平, キムキョンホ, 柴田浩幸, 金橋康二
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第172回秋季講演大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2016-09-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 金属および無機融体の熱伝導率測定法2016

    • 著者名/発表者名
      柴田浩幸, 助永壮平, 太田弘道, 西剛史
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会 第172回秋季講演大会
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2016-09-21
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 溶融ケイ酸塩のバルク特性と構造2016

    • 著者名/発表者名
      助永壮平
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学(広島県東広島市)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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