無容器法による希土類酸化物を主成分とする超高屈折率低分散ガラスの合成と構造解析

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25410236
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 増野 敦信 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (00378879)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ニューガラス / ホウ酸ガラス / アッベ数

研究実績の概要

本研究では，これまでガラス化しないとされていた希土類酸化物を主成分とした組成のガラスを合成し，その光学特性の評価と構造解析を行った．
ガス浮遊炉を利用した無容器法によって，La2O3を主成分としたLa2O3-Nb2O5系ガラス，La2O3-B2O3系ガラスの合成に成功した．いずれのガラスも屈折率が1.9以上の高い値を有しており，かつ非常に小さな波長分散特性を示していた．例えばLa2O3-N2O5系ガラスでは，光学特性や熱特性を向上させる点で，第3成分としてTa2O5やAl2O3，ZrO2などが有効であることがわかった．また，物性データから得られた光学的パラメータや，NMRやラマン散乱などの構造解析から得られた構造情報から，これらの希土類酸化物を主成分とするガラスは，その特性の起源や形成メカニズムにおいて，ネットワークといった従来の考えでは捉えられないことを明らかにした．とくにLa2O3-B2O3ガラスにおいては，B2O3-rich組成では従来型ホウ酸系ネットワークガラスであったのに対して，La2O3-rich組成では，平面型BO3ユニットが完全に孤立しており，La3+とランダムに分布することで非晶質状態を形成していることを，実験的に明らかにすることができた．
本研究で得られた希土類酸化物を主成分とするガラスは，超高屈折率低分散という光学応用上重要な特性だけでなく，従来のガラス形成則から大きく逸脱している点で，ガラス科学の幅を拡げるものである．

研究成果

• [雑誌論文] Higher refractive index and lower wavelength dispersion of SiO2 glass by structural ordering evolution via densification at a higher temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, N. Nishiyama, F. Sato, N. Kitamura, T. Taniguchi, H. Inoue
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 6 ページ: 19144-19149
  • DOI: 10.1039/C5RA25106K
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Er3+ infrared fluorescence affected by spatial distribution synchronicity of Ba2+ and Er3+ in Er3+-doped BaO-SiO2 glasses (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, H. Inoue, Y. Saito
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 6 ページ: 025220
  • DOI: 10.1063/1.4942978
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synchrotron X-ray scattering measurements of disordered materials (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kohara, K. Ohara, H. Tajiri, C. H. Song, O. Sakata, T. Usuki, Y. Benino, A. Mizuno, A. Masuno, J. T. Okada, T. Ishikawa, S. Hosokawa
  • 雑誌名: Zeitschrift fur Physikalische Chemie 巻: 230 ページ: 339-368
  • DOI: 10.1515/zpch-2015-0654
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crack-resistant Al2O3-SiO2 glasses (2016)
  • 著者名/発表者名: G. A. Rosales-Sosa, A. Masuno, Y. Higo, H. Inoue
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 23620
  • DOI: 10.1038/srep23620
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 大過冷却融液から結晶化した準安定相六方晶鉄酸化物 (2016)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信，馬込栄輔，森吉千佳子
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 58 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expansion of the Hexagonal Phase-Forming Region of Lu1－xScxFeO3 by Containerless Processing (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, A. Ishimoto, C. Moriyoshi, H. Kawaji, Y. Kuroiwa, H. Inoue
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 54 ページ: 9432-9437
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b01225
  • 査読あり
• [雑誌論文] A complete solid solution with rutile-type structure in SiO2-GeO2 system at 12GPa and 1600°C (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Kulik, N. Nishiyama, A. Masuno, Y. Zubravichus, V. Murzin, E. Khramov, A. Yamada, H. Ohfuji, H.-C. Wille, T. Irifune, T. Katsura
  • 雑誌名: Journal of the American Ceramic Society 巻: 98 ページ: 4111-4116
  • DOI: 10.1111/jace.13859
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High elastic moduli 54Al2O3-46Ta2O5 glass fabricated via containerless processing (2015)
  • 著者名/発表者名: G. A. Rosales-Sosa, A. Masuno, Y. Higo, H. Inoue, Y. Yanaba, T. Mizoguchi, T. Umada, K. Okamura, K. Kato, Y. Watanabe
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 15233
  • DOI: 10.1038/srep15233
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ガラスにならないZrO2融体の原子・電子構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小原真司，増野敦信，水野章敏，岡田純平，石川毅彦
  • 雑誌名: NEW GLASS 巻: 116 ページ: 28-31
• [学会発表] 修飾酸化物を多く含む二元系ホウ酸ガラスの物性と構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信，井上博之
  • 学会等名: 第56回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
  • 発表場所: ウインクあいち（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-11-12 – 2015-11-13
• [学会発表] 無容器法による新規酸化物の合成とその機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会平成27年度秋季大会
  • 発表場所: 京都大学（京都府京都市）
  • 年月日: 2015-11-12
  • 招待講演
• [学会発表] 無容器プロセッシングにより合成した新規機能性ガラスの物性と構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会高温プロセス部会ノーベルプロセッシングフォーラム
  • 発表場所: 東北大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-11-02
  • 招待講演
• [学会発表] Local structure around Er atoms in oxide glasses investigated by EXAFS and MD simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno
  • 学会等名: The 9th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
  • 発表場所: エポカルつくば（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-10-19 – 2015-10-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Containerless Solidification of Undercooled SrO-Al2O3 Binary Melts (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, K. Kato, H. Inoue
  • 学会等名: ICG annual meeting
  • 発表場所: バンコク（タイ）
  • 年月日: 2015-09-20 – 2015-09-23
  • 国際学会
• [学会発表] 無容器法により作製したガラスおよび高密度ガラスの物性と構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: SPRUC地球惑星科学研究会・高圧物質科学研究会・機能性材料ナノスケール原子相関研究会合同研究会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県春日市）
  • 年月日: 2015-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] Optical and structural properties of densified silica glasses (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno
  • 学会等名: Workshop on Advanced Glasses with New Functionalities
  • 発表場所: 愛媛大学（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2015-08-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 無容器法が拓く新しいガラスの科学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: 日本セラミックス協会ガラス部会夏季若手セミナー
  • 発表場所: メルパルク松山（愛媛県松山市）
  • 年月日: 2015-08-02
  • 招待講演
• [学会発表] 無容器法によるガラスの合成とその機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 増野敦信
  • 学会等名: 第113回ニューガラスセミナー
  • 発表場所: 日本ガラス工業センター（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-07-07
  • 招待講演
• [学会発表] Optical properties of permanently densified silica glass (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Masuno, N. Nishiyama, F. Sato, T. Taniguchi, H. Inoue
  • 学会等名: The 2015 Joint Meeting of DGG-ACerS GOMD
  • 発表場所: マイアミ（アメリカ）
  • 年月日: 2015-05-17 – 2015-05-21
  • 国際学会
• [備考] 超高弾性率ガラスの開発に成功 －無色透明で、薄くても丈夫なニューガラス－
  • URL: http://www.iis.u-tokyo.ac.jp/publication/topics/2015/20151016press1.pdf