過冷却液体構造の温度変化を利用したケイ酸塩系新奇深紫外線発光源の創出

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研究目的水銀フリーの社会は、健康被害や環境破壊を防ぎ、地球環境を持続的に保全し得る一歩となる。しかし、水の処理や超純水の製造プロセスにおいて、いまだ水銀ランプを用いた有機物分解処理が活用されている。そこで、深紫外光光源の材料の探索が急務となっているため、本課題では安価かつ安全で地球上に多く存在するケイ酸塩材料に着目した。リチウムダイシリケート(Li_2Si_2O_5, 以下、LS2)は、機械的強度や化学的耐久性に優れている。近年では、第一原理計算によりLS2が深紫外の波長域のバンドギャップエネルギーを有していることが報告されている。そこで、本研究では、LS2の結晶成長プロセスを確立し、新奇深紫外発光材料の開発への足掛かりとすることを目的とする。研究方法所定の割合に混合した炭酸リチウムと二酸化ケイ素の粉末を白金るつぼに入れた後、電気炉で溶融し、LS2ガラスを作成した。このガラスを用いて、独自に開発した高温直接観察装置により、LS2組成の過冷却液体からの結晶化挙動と接触角の同時観察を行った。試料の評価は、X線回折、ラマン分光、核磁気共鳴による測定を行った。研究成果LS2組成の融体中では、SiO_4四面体周囲のケイ素イオンの数に分布があり、LS2結晶と異なる局所構造を有するケイ素イオンが存在しているため、凝固時にLS2以外の結晶も晶出する(Li_2SiO_3, SiO_2)ことが知られていた。本研究より、LS2融体の過冷却温度を大きくなるにつれて、LS2以外の結晶成長を抑制できることが明らかになった。また、LS2相の優先結晶化温度はコンタクトマテリアルにより変化することがわかった。過冷却液体とコンタクトマテリアルの界面現象の違いは、LS2の結晶化挙動に影響を与えていることが示唆される。