| 研究概要 |
スラグの構造と性質に関する研究は素材工学上最も重要な分野の1つである。しかしながら、高温液体状態に由来する実験の困難さから、構造と物性、構造と塩基度との間には、不明な問題が数多く残されている。本申請研究も、スラグの構造と化学的特性との関係を解明するための1つの試みであり、金属酸化物の含有に伴うOK_αおよびSiK_βEPMAスペクトルを分子軌道法によって解釈し、スペクトルの形状変化の原因をSiイオンおよび酸素イオンの局所的電子状態の変化として捉え、化学的反応性すなわち塩基度を理解することを目的としている。
申請者らは、SiO_2-Na_2O2成分系スラグのEPMAスペクトルを分子軌道法によってシミュレーションするために、Na_2O濃度の概念を取り入れる方法を新たに考案した。まず、Na^+が配位するディスクリートアニオンSiO_4Na^<3->、Si_2O_7Na^<5->、Si_3O_9Na^<5->、Si_3O_<10>Na^<7->、Si_4O_<12>Na^<7->のそれぞれについて、各分子軌道の部分状態密度、Q_<n1>を求めた.ついで,このQ_<n1>と分子動力学研究で得られた所定のNa_2Oの濃度におけるディスクリートアニオンの存在比率、m_iとの積Q_<n1>m_iにガウス関数を適用して緩和とり、Na_2O濃度を取り入れた状態密度曲線を計算した。昨年度、Na_2O濃度を取り入れたSi_<3p>成分の計算結果は、ガラス構造のSiO_2-Na_2O2成分系スラグのEMPAスペクトルを定量的に再現できることを見出した。本年度、酸素イオンについても検討し、O_<2p>成分の計算結果は、66.7mol%SiO_2-33.3mol%Na_2O、50mol%SiO_2-50mol%Na_2Oおよび42mol%SiO_2-58mol%Na_2OスラグのOK_αEPMAスペクトルと一致することがわかった。さらに、これらOK_αおよびSiK_βEPMAスペクトルの主ピークは低い重合度の、サブピークは高い重合度のディスクリートアニオンに帰属することを解明し、塩基度の解釈に結びつけることにも成功した。
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