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異方性多結晶レーザーセラミックスの創製:ナノ組織化と配向制御

研究課題

研究課題/領域番号 23K21035
補助金の研究課題番号 21H01611 (2021-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2021-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2022-2024)
北見工業大学 (2021)

研究代表者

古瀬 裕章  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 独立研究者 (50506946)

研究分担者 森田 孝治  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, グループリーダー (20354186)
金 炳男  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, NIMS特別研究員 (50254149)
鈴木 達  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, グループリーダー (50267407)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
キーワード透光性セラミックス / レーザー / 配向制御 / パルス通電焼結 / 微結晶粒 / レーザ / 配向組織
研究開始時の研究の概要

透明な多結晶セラミックスは、大型化が容易なことから高出力レーザー材料として利用されているが、異方性(非立方晶系)材料の場合、複屈折による粒界散乱がレーザー出力を制限している。本研究の概要は、異方性多結晶セラミックスを有効なレーザー材料へ展開するために、結晶粒の「微細化(ナノ組織化)」と「配向制御」の両方に取り組むことで粒界散乱を低減するとともに、焼結組織(粒径、配向度)とレーザー特性(出力、効率)との関連を明らかにし、高出力化を目指すことである。さらに、強異方性かつ二軸性結晶に対しても本手法を展開し、組織制御や光学特性との関連を明らかにする。

研究実績の概要

本研究の目的は、複屈折を有する非立方晶系材料に対して、「結晶粒の微細化」と「配向制御」の両立により粒界散乱を抑制してレーザー品質の透明多結晶セラミックスを作製し、高出力を得ることである。2023年度は、セラミックスの光散乱が波長に依存することに着目して、長波長領域で発振可能な材料開発に取り組んだ。その結果、透過率向上の効果は得られた。また、2022年度に実施した配向成形体の焼結を行い、光学品質に与える影響について調査した。 また、S-FAPセラミックスでは初めてのレーザー発振を実証することができ、論文にまとめた。これまでに得られた成果について、4件の国際会議で招待講演を行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

様々な希土類添加材料で透明焼結体を作製することができた。さらに、S-FAPにおいて、レーザー発振の実証に成功した。

今後の研究の推進方策

基本的に、微結晶粒と磁場配向は相反関係にあることから、最適な初期粉体寸法を見出す必要がある。また、分散条件が焼結体の光学品質に与える影響を詳細に調査する必要がある。系統的に条件を変えた材料作製をすることで、微結晶粒と磁場配向を両立する条件を探索する。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 12件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Strontium fluorapatite (S-FAP) nano-grained laser ceramics2024

    • 著者名/発表者名
      Furuse Hiroaki、Mochizuki Yuki、Kato Daichi、Morita Koji、Kim Byung-Nam、Suzuki Tohru S.
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 241 ページ: 115881-115881

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2023.115881

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Characterization of Transparent Fluorapatite Ceramics Fabricated by Spark Plasma Sintering2022

    • 著者名/発表者名
      Furuse Hiroaki、Kato Daichi、Morita Koji、Suzuki Tohru S.、Kim Byung-Nam
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 15 号: 22 ページ: 8157-8157

    • DOI

      10.3390/ma15228157

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] パルス通電焼結を用いたレーザー材料の開発2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki FURUSE, Ryo YASUHARA, Naohiro HORIUCHI, Koji MORITA, Byung-Nam KIM
    • 雑誌名

      粉体および粉末冶金

      巻: 68 号: 11 ページ: 476-481

    • DOI

      10.2497/jjspm.68.476

    • NAID

      130008116880

    • ISSN
      0532-8799, 1880-9014
    • 年月日
      2021-11-15
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-optical-quality non-cubic Yb3-doped Ca10(PO4)6F2 (Yb:FAP) laser ceramics2021

    • 著者名/発表者名
      Furuse Hiroaki、Okabe Taiga、Shirato Homare、Kato Daichi、Horiuchi Naohiro、Morita Koji、Kim Byung-Nam
    • 雑誌名

      Optical Materials Express

      巻: 11 号: 6 ページ: 1756-1756

    • DOI

      10.1364/ome.426701

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 結晶粒の微細化による非立方晶レーザーセラミックスの作製2021

    • 著者名/発表者名
      古瀬裕章,堀内尚紘,森田孝治,金炳男
    • 雑誌名

      フォトニクスニュース

      巻: 7 ページ: 35-39

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Laser optical elements fabricated by pulsed electric current sintering (PECS)2024

    • 著者名/発表者名
      FURUSE, Hiroaki
    • 学会等名
      The 48th International Conference and Exposition on Advanced Ceramics and Composites (ICACC 2024)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of transparent Ce3+ and Er3+ doped fluorapatite (FAP) ceramics.2023

    • 著者名/発表者名
      Abu Yousuf, 望月友輝, 加藤大地, 平井慈人, 大野智也, MORITA, Koji, SUZUKI, Tohru, KIM, Byung-Nam, FURUSE, Hiroaki
    • 学会等名
      Optics & Photonics International Congress, ALPS2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-cubic fluorapatite laser ceramics by controlling crystal grains2023

    • 著者名/発表者名
      FURUSE, Hiroaki, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru
    • 学会等名
      The 9th Tiny Integrated Laser and Laser Ignition Conference 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of transparent fluorapatite laser ceramics by spark plasma sintering2023

    • 著者名/発表者名
      FURUSE, Hiroaki, MORITA, Koji, SUZUKI, Tohru, KIM, Byung-Nam
    • 学会等名
      The International Conference on Sintering 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 希土類(Er,Tm)添加S-FAP透光性セラミックスの作製2023

    • 著者名/発表者名
      望月友輝, ユスフアブ, 平井慈人, 大野智也, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男, 古瀬 裕章
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Effects of sintering temperature on optical properties of Ce-doped fluorapatite ceramics2023

    • 著者名/発表者名
      アブユスフ, 望月友輝, 平井慈人, 大野智也, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, FURUSE, Hiroaki
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Development of non-cubic fluorapatite laser ceramics2023

    • 著者名/発表者名
      FURUSE, Hiroaki, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru
    • 学会等名
      Materials Science &Technology (MS&T23)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fluorescence and Optical Properties of Er and Ce Doped Fluorapatite (FAP) Transparent Ceramics2023

    • 著者名/発表者名
      ユスフ アブ, 望月 友輝, 平井慈人, 大野智也, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru, FURUSE, Hiroaki
    • 学会等名
      Optica Laser Congress and Exhibition, Advanced Solid State Lasers (ASSL)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of non-cubic fluorapatite laser ceramics with fine microstructure2023

    • 著者名/発表者名
      FURUSE, Hiroaki, MORITA, Koji, KIM, Byung-Nam, SUZUKI, Tohru
    • 学会等名
      The 15th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PACRIM15) & The 13th Int'l Conference of High-Performance Ceramics (CICC-13)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 結晶粒制御による非立方晶レーザーセラミックスの開発2023

    • 著者名/発表者名
      古瀬 裕章,森田 孝治,鈴木 達,金 炳男
    • 学会等名
      レーザー学会 学術講演会 第43回年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 放電プラズマ焼結法によるアパタイト微粉体の緻密化と特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      加藤 大地 、古瀬 裕章、森田 孝治、 鈴木 達 、金 炳男
    • 学会等名
      2022年公益社団法人日本セラミックス協会第 35回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 放電プラズマ焼結法による高濃度添加 Er:Y2O3透光性セラミックス2022

    • 著者名/発表者名
      上野 大悟 、 古瀬 裕章
    • 学会等名
      2022年公益社団法人日本セラミックス協会第 35回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 透光性Tm:C-FAPセラミックスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      望月 友輝,加藤 大地,森田 孝治,鈴木 達,金 炳男,古瀬 裕章
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 高濃度添加Yb:S-FAP透光性セラミックスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      望月 友輝,加藤 大地,森田 孝治,鈴木 達,金 炳男,古瀬 裕章
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 放電プラズマ焼結法による 透光性 CaF2 セラミックスの開発2022

    • 著者名/発表者名
      黒沢 将平、藤岡 加奈、古瀬 裕章
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Non-cubic fluorapatite laser ceramics with nanocrystal grains2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Furuse, Daichi Kato, Koji Morita, Tohru S. Suzuki, Byung-Nam Kim
    • 学会等名
      OPIC OPTICS & PHOTONICS International Congress 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optical properties of hexagonal fluorapatite (FAP) polycrystalline ceramics2021

    • 著者名/発表者名
      D. Kato, T. Kato, N. Horiuchi, K. Morita, B.N. Kim, H. Furuse
    • 学会等名
      The 10th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of highly-doped Er:Y2O3 transparent ceramics by pulsed electric current sintering (PECS)2021

    • 著者名/発表者名
      D. Ueno, M. Imai, M. Akagawa, H. Furuse
    • 学会等名
      The 10th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Optical characterization of sapphite/YAG ceramic composite by pulsed electric current bonding (PECB)2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Kagami, H. Tanaka, R. Yasuhara, H. Furuse
    • 学会等名
      The 10th Advanced Lasers and Photon Sources (ALPS2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Yb FAP レーザー セラミック スの フッ素置換条件2021

    • 著者名/発表者名
      加藤 大地, 古 瀬 裕章, 堀内 尚紘, 森田 孝治, 鈴木 達, 金 炳男
    • 学会等名
      応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Fine-grained non-cubic laser ceramics by Pulsed Electric Current Sintering (PECS)2021

    • 著者名/発表者名
      H. Furuse
    • 学会等名
      OPTICSMEET2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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