| 研究課題/領域番号 |
16H04543
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| 研究機関 | 東北大学 |
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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)
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| 研究分担者 |
助永 壮平 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (20432859)
太田 弘道 茨城大学, 工学部, 教授 (70168946)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | ケイ酸塩融体 / 高温融体物性 / 酸化物ガラス / 熱伝導度 / 粘度 / 核磁気共鳴分光法 |
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| 研究実績の概要 |
本課題では、ケイ酸塩ガラスや融体の構造が網目構造領域とその切れ目の二つの構造領域により構成されていると仮定し、各領域の構成元素の情報に基づいて、これらのランダム物質の物性(熱伝導度および粘度)を理解することを試みている。平成２９年度は、CaO-R2O-Al2O3-SiO2系(R= K, Na)ガラスを作製し(担当:助永(東北大学))、熱伝導度測定(担当:太田(茨城大学)、柴田(東北大学))、粘度測定(担当：助永(東北大学))とMAS NMR法による構造解析を実施した(担当:助永(東北大学))。27Al核について、MAS NMR測定を行った結果、アルミニウムイオ ンの大半が酸素4配位構造を取っていることがわかった。一方で、アルミニウムイオンの一部(1~8%程度)は、酸素５配位構造をとっており、この高配位数のアルミニウムイオンの構造的役割は今後の課題である。17O核を対象としたMAS NMR測定の結果、Caイオンよりもアルカリイオンの方が網目構造内部に存在しやすいことを示していた。また、融点以上の温度域で行った融体物性計測結果から、今回対象とした４成分系融体の粘度は、Caイオンの一部をNaまたはKイオンに置換することにより、粘度が上昇することが明らかになった。一方で、同系融体の熱伝導率はCaをアルカリイオンで置換することにより、低下する傾向が見出された。以上の結果は、今回対象とした融体の粘度と熱伝導度を支配する構造的特徴が異なることを示している。
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| 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
平成29年度に予定していたアルカリ酸化物を含有するアルミノケイ酸塩ガラスの核磁気共鳴分光法(NMR法)による構造解析と同系融体の粘度および熱伝導度について計測することができており、研究がおおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度および平成29年度の研究により、CaO-RxO-Al2O3-SiO2系(R=Mg, Na or K)融体の粘度および熱伝導度の計測および同系ガラスの構造解析を行った。その結果17O核を対象としたNMR測定が、ガラス中のアルカリ土類やアルカリイオンの構造的役割の決定に有効であることが見出されている。また、27Al核を対象としたNMR測定結果から一部酸素５配位構造のアルミニウムの存在が確認されたが、その物性への影響については不明である。平成30年度は、同系の物性値測定の温度範囲をガラス転移温度近傍に拡張するとともに、アルカリ土類やアルカリイオン、酸素５配位したアルミニウムイオンの物性への影響を明らかにする。また、既存のモデルをベースにガラスの構造解析結果を適用可能な融体物性予測モデルの確立を試みる。
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