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2022 年度 実績報告書

Sea Glassに学ぶガラス固化体の化学的安定性評価シミュレーションの基礎開発

研究課題

研究課題/領域番号 20K05379
研究機関室蘭工業大学

研究代表者

澤口 直哉  室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40357174)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードアルカリホウ酸塩ガラス / 分子動力学法 / 原子間相互作用 / アルカリホウケイ酸塩ガラス / 4配位ホウ素存在比 / マグネシアアルミノケイ酸塩ガラス / Al配位数
研究実績の概要

(1) 昨年までに引き続き、ホウ酸塩融体/ガラスの古典的分子動力学へ適用する原子間相互作用の改善を進めた。ガラスを形成する4配位ホウ素の存在比の組成変化(B4比)を実測と合わせる工夫を施し、B4比の改善に成功した。密度の再現度はやや低いが、詳細な構造解析を進められる段階に達したと考える。
(2) 昨年度実施したナトリウムケイ酸塩融体/ガラスを対象とした分子動力学シミュレーションの結果を発展させ、ナトリウムホウケイ酸塩のシミュレーションを開始した。文献を参考に、各イオンの電荷が組成変化に対応する原子間相互作用を開発した。その結果、ケイ酸塩と共存するホウ素ユニットは4配位が支配的になる。これの再現は不充分であるが、傾向は一致するシミュレーションが可能となった。
(3) MgO-Al2O3-SiO2系ガラスの分子動力学シミュレーションに着手した。酸化物ガラス中でAlは酸素4-,5-,6-配位のユニットを形成する可能性があり、これらの存在比はガラスの特性に重要な影響を及ぼすと考えられる。ガラス構造を再現するために、まずβ-cordieriteとpyropeの結晶構造を再現する原子間相互作用を構築した。これを用いて、 (1-x)[yMgO-(1-y)Al2O3]-xSiO2(x=0.50~0.76, y=0.20~0.80)を対象としたシミュレーションを行った。xに応じた各ユニットの割合の変化はNMRの実験値とよい一致を示した。yに対しては、割合の変化の傾向が一致したが、y<0.5においては再現性に問題がある。また、5配位Alユニットの構造は6配位Alユニットの八面体構造に近いことが明らかとなった。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2022

すべて 学会発表 (7件)

  • [学会発表] 分子動力学計算によるホウ酸塩及びホウケイ酸塩ガラスの組成に由来する構造変化の再現2023

    • 著者名/発表者名
      岩浪尚輝、澤口直哉
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2023年年会
  • [学会発表] 分子動力学法を用いたMgO-Al2O3-SiO2ガラスのMg中心の局所構造解析2023

    • 著者名/発表者名
      奥田昂平、澤口直哉
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2023年年会
  • [学会発表] 分子動力学法を用いたMgO-Al2O3-SiO2ガラスにおけるAlユニットの構造解析2023

    • 著者名/発表者名
      奥田昂平、澤口直哉
    • 学会等名
      2022年度日本鉄鋼協会・日本金属学会両北海道支部合同冬季講演大会
  • [学会発表] Na2O-Y2O3-SiO2系結晶の分子動力学計算に用いる原子間相互作用の検討2023

    • 著者名/発表者名
      葛西海斗、澤口直哉
    • 学会等名
      2022年度日本鉄鋼協会・日本金属学会両北海道支部合同冬季講演大会
  • [学会発表] Na2O-B2O3系ガラスの分子動力学計算に適用するBOB結合角制御の改善によるガラス構造の再現性向上2022

    • 著者名/発表者名
      水野凱斗、澤口直哉
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会 2022年春季年会
  • [学会発表] 分子動力学法を用いたMgO-Al2O3-SiO2系ガラス中のAl配位数の解析2022

    • 著者名/発表者名
      奥田昂平、澤口直哉
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会 2022年春季年会
  • [学会発表] Na2O-SiO2系融体の分子動力学計算にNa-Na間反発作用を導入する試み2022

    • 著者名/発表者名
      岩浪尚輝、澤口直哉
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会 2022年春季年会

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公開日: 2023-12-25  

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