無容器溶融法による非平衡バルクガラス合成プロセスの研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24350111
• 研究機関: 公益財団法人高輝度光科学研究センター
• 研究代表者: 小原 真司 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主幹研究員 (90360833)
• 研究分担者: 増野 敦信 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (00378879) ; 藤原 明比古 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主席研究員 (70272458) ; 田原 周太 琉球大学, 理学部, 助教 (80468959)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 酸化物ガラス / 液体 / 無容器浮遊法 / 構造解析

研究実績の概要

今年度は、ガス浮遊炉の高度化の一環として、揮発性の高い液体をガス圧により押させるための加圧型チャンバーの開発に着手した。時間的にも予算的にもまだ未完成であるが、引き続き、加圧型チャンバーの開発を行う。
耐火材料として知られている高融点酸化物である二酸化ジルコニウムはガラスにならないことで知られているが、その液体の無容器X線回折実験に成功した。さらに宇宙研究開発機構の石川らが行った密度測定のデータ、研究協力者のフィンランドのAkolaのグループと共同で行った大規模分子動力学シミュレーションを行うことで、ガラスにならない液体の原子・電子構造を明らかにすることに成功した。得られた結果は、英国科学誌Nature Communicationsに受理され、Nature Asiaの注目の論文に選出された。
平成26年度までにノズル形状の改良、浮遊ガス流量の増大、組成の拡張によって、これまでまれにしか合成に成功しなかった直径3.5～4.3mmのTiO2系、Nb2O5系、La2O3系超高屈折率ガラス球を、失敗無く作製できる技術の開発に成功した。屈折率評価法として、これまでのエリプソメータを用いていたが、アッベ数30を超える低分散ガラスの場合、各屈折率の測定精度に問題があった。そのため今年度は、新たに精密屈折計を用いることで、小数点以下5桁という精密な屈折率を測定することができた。これは、得られるガラス球の直径が3.5mmを超えたために可能となった手法である。組成開発の点では，La2O3-Ta2O5-Al2O3や、La2O3-Ta2O5-B2O3などの新しい無色透明な高屈折率三元系ガラスの開発に成功した。また、密度やラマン散乱スペクトルなどを調べた結果，本研究期間内に新たに合成したガラスは、いずれも従来のネットワーク形成型酸化物ガラスとは異なることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Containerless solidification of undercooled SrO-Al2O3 binary melts (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kato, A. Masuno, H. Inoue
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 17 ページ: 6495-6500
  • DOI: 10.1039/C4CP05861E
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic and electronic structures of an extremely fragile liquid (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kohara, J. Akola, L. Patrikeev, M. Ropo, K. Ohara, M. Itou, A. Fujiwara, J. Yahiro, J. T. Okada, T. Ishikawa, A. Mizuno, A. Masuno, Y. Watanabe, T. Usuki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 ページ: 5892-1-8
  • DOI: 10.1038/ncomms6892
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal and optical properties of La2O3-Nb2O5 high refractive index glasses (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, H. Inoue, K. Yoshimoto, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Optical Materials Express 巻: 4 ページ: 710-718
  • DOI: 10.1364/OME.4.000710
  • 査読あり
• [学会発表] X線回折とDF-MDシミュレーションを用いたZrO2融体の構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小原真司, J. Akola, L. Patrikeev, M. Ropo, 尾原幸治, 伊藤真義, 藤原明比古, 八尋惇平, 岡田純平, 石川毅彦, 水野章敏, 渡邊康裕, 増野敦信, 臼杵 毅
  • 学会等名: 第28回日本放射光学会年会 放射光科学合同シンポジウム
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス（滋賀県草津市）
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-12
• [学会発表] アルミン酸カルシウムガラスの原子・電子レベル構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小原真司, J. Akola, 尾原幸治, 藤原明比古, 渡邊康裕, 増野敦信, 臼杵 毅, 久保 敬, 中平 敦, 新田清文, 宇留賀朋哉, J. K. R. Weber, C. J. Benmore
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] 放射光X線回折とDF-MDシミュレーションを用いたZrO2融体の構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小原真司, J. Akola, L. Patrikeev, M. Ropo, 尾原幸治, 伊藤真義, 藤原明比古, 八尋惇平, 岡田純平, 石川毅彦, 水野章敏, 渡邊康裕, 増野敦信, 臼杵 毅
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] V2O5ガラスの構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田原周太, 小原真司, 尾原幸治, 藤原明比古, 青柳拓也, 深水孝則
  • 学会等名: 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] 放射光X線と大規模理論計算を組み合わせた 非晶質物質の原子・電子レベル構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小原真司
  • 学会等名: 第17回XAFS討論会
  • 発表場所: 徳島大学（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2014-09-01 – 2014-09-03
  • 招待講演
• [学会発表] Atomic and electronic structure of levitated ZrO2 liquid (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kohara, J. Akola, L. Patrikeev, K. Ohara, M. Itou, A. Fujiwara, J. Yahiro, J. T. Okada, T. Ishikawa, A. Mizuno, A. Masuno, Y. Watanabe, and T. Usuki
  • 学会等名: Liquids 2014
  • 発表場所: リスボン（ポルトガル国）
  • 年月日: 2014-07-21 – 2014-07-25
• [学会発表] Network topology for the formation of solvated electrons in CaO-Al2O3 glasses (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kohara, J. Akola, K. Ohara, A. Fujiwara, Y. Watanabe, A. Masuno, T. Usuki, T. Kubo, A. Nakahira, K. Nitta, T. Uruga, J. K. R. Weber, and C. J. Benmore
  • 学会等名: The Eighth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
  • 発表場所: メルパルク横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
• [備考] ガラスになる液体には秩序が必要！ -2800℃の壊れやすい液体の原子・電子構造の完全解明-
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2014/141218/
• [備考] 極めて壊れやすい液体の原子・電子構造
  • URL: http://www.natureasia.com/ja-jp/ncomms/abstracts/60406