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2012 年度 実施状況報告書

UMS技術によるガラス材料評価法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23560494
研究機関東北大学

研究代表者

荒川 元孝  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00333865)

研究分担者 櫛引 淳一  東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (50108578)
キーワード超音波マイクロスペクトロスコピー技術 / 超精密超音波計測 / 機能性ガラス / 石英ガラス / 構造解析
研究概要

ガラス材料は、添加物(ドーパント)を加えることにより屈折率や膨張率などの物理特性を大きく変えることが可能である。所望の特性を有するガラスを作製するためには、作製したガラスを適切に評価するための計測技術が重要である。本研究代表者らは、物質・材料の音響特性を非破壊・非接触的に定量計測する「超音波マイクロスペクトロスコピー(UMS)」技術の基礎研究および材料評価への応用に関する研究を進めている。
本研究の目的は、ガラス材料の分野における新しい評価技術としてUMS技術を用いた方法を確立することである。機能性材料として開発が進められている合成石英ガラス、フッ素ドープSiO2ガラス、結晶化ガラスを取り上げて、UMS技術により評価を行うとともに、従来のガラス材料評価法と比較することにより、ガラス材料評価法としての有用性を示す。さらに、ガラスの構造解析ツールへの発展を目指す。
本年度の成果は以下のとおりである。
[1] 石英ガラス:純粋な石英ガラスは、SiO2が100%であり、石英系ガラスの基本となる。石英ガラスの物性値は、仮想温度と不純物濃度に依存する。石英ガラスの音響特性の仮想温度依存性におけるOHとClの影響を明らかにした。光学用石英ガラスの音響特性と屈折率との間の関係を求めた。
[2] フッ素ドープ石英ガラス:SiO2ガラスにフッ素をドープするとSi-O-Sの結合が切断され、構造がより開放的になると考えられる。フッ素(F)をドープしたSiO2ガラスに対して、石英ガラスと同様に熱処理を行い、仮想温度と23℃における音響特性の関係を求めた。

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

石英ガラスとフッ素ドープ石英ガラスに対して、仮想温度を変えた試料の作製を進めた。また、それらの試料に対して、密度、縦波音速、漏洩弾性表面波速度の測定を行い、仮想温度と音響特性の間の関係を得ることができた。また、石英ガラスにおいては、屈折率と音響特性の関係を求め、音響特性が屈折率に対して非常に高い分解能を有していることを明らかにした。
フッ素濃度が高くなると構造緩和時間が短くなるため、熱処理の冷却時に構造緩和が進み、仮想温度が低下する。このため、フッ素濃度が高い試料に対しては、熱処理温度にかかわらず音響特性がほぼ一定になる結果が得られた。

今後の研究の推進方策

今年度までの結果を踏まえ、また、熱処理を行った石英ガラスとフッ素ドープ石英ガラス試料から線膨張係数(CTE)測定用の試料を用意し、押し棒式熱膨張計により、CTEの温度依存性を測定する。
また、結晶化ガラス試料に対しても、音響特性の周波数特性の測定を行い、結晶相の大きさと速度分散性、減衰係数の周波数特性の変化について議論する。
また、従来法として、蛍光X線分析法による化学分析、赤外吸光分光法、ラマン分光法による仮想温度の測定を行う。また、光学特性(屈折率、透過率)、ラマン散乱計測、ブリリュアン散乱計測による弾性率の測定、電子スピン共鳴装置による欠陥の測定を行い、UMS技術による音響特性との間の関係を比較する。
これらの結果をもとに、石英系ガラスの構造と音響特性の間の関係を議論する。

次年度の研究費の使用計画

該当なし

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Homogeneity improvement of TiO2-SiO2 glass synthesized by the soot method and its evaluation using the ultrasonic measurement system2013

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Kawagishi, Junko Konishi, Masaaki Takata, Mototaka Arakawa, Yuji Ohashi, Jun-ichi Kushibiki
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 8679 ページ: -

    • DOI

      10.1117/12.2011655

    • 査読あり
  • [学会発表] Development of Homogeneous TiO2-SiO2 Ultra-Low-Expansion Glass for Optical Cavities for Frequency Standards

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichi Kushibiki, Mototaka Arakawa, Yuji Ohashi, Yuko Maruyama, and Naofumi Yamada
    • 学会等名
      2012 IEEE International Frequency Control Symposium
    • 発表場所
      Baltimore, USA
  • [学会発表] Study on evaluation of F-doped silica glass by the ultrasonic microspectroscopy technology

    • 著者名/発表者名
      八島一哉, 荒川元孝, 丸山 由子, 櫛引淳一
    • 学会等名
      電気関係学会東北支部連合大会
    • 発表場所
      秋田県立大学(秋田県)
  • [学会発表] 超音波マイクロスペクトロスピー技術によるTiO2-SiO2超低膨張ガラスのゼロCTE温度評価

    • 著者名/発表者名
      荒川元孝, 大橋 雄二, 丸山 由子, 櫛引淳一,山田修史
    • 学会等名
      電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 発表場所
      弘前大学(青森県)
  • [学会発表] 超音波マイクロスペクトロスコピー技術による石英ガラスの評価法 -音響特性の仮想温度依存性におけるOHとClの影響-

    • 著者名/発表者名
      荒川元孝,大橋雄二, 丸山由子, 櫛引淳一, 堀越秀春, 森山賢二
    • 学会等名
      超音波研究会
    • 発表場所
      秋田大学(秋田県)
  • [学会発表] TiO2-SiO2 ultra-low-expansion glasses for extreme ultraviolet lithography evaluated by ultrasonic zero-CTE temperature measurement system

    • 著者名/発表者名
      Mototaka Arakawa, Yuji Ohashi, Yuko Maruyama, Toshio Sannomiya, Kazuo Ishikawa, Jun-ichi Kushibiki, and Naofumi Yamada
    • 学会等名
      2012 IEEE International Ultrasonics Symposium
    • 発表場所
      Dresden, Germany
  • [学会発表] 超音波マイクロスペクトロスコピー技術による合成石英ガラスの屈折率評価

    • 著者名/発表者名
      荒川元孝,櫛引淳一, 森山賢二,堀越秀春
    • 学会等名
      第33回 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
    • 発表場所
      千葉大学(千葉県)
  • [学会発表] 超音波マイクロスペクトロスコピー技術によるTiO2-SiO2超低膨張ガラスのゼロCTE温度評価法

    • 著者名/発表者名
      櫛引淳一, 荒川元孝, 大橋雄二, 山田修史
    • 学会等名
      第60 回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学(神奈川県)

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公開日: 2014-07-24  

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