レーザ誘起熱勾配を活用したガラス中でのソレー効果の解明とガラスの組成制御への応用

ソレー効果もしくは熱拡散ともよばれる温度勾配により物質が移動する現象がある．一般的な濃度拡散（フィックの法則による拡散）は等方的でその方向は制御できないが，ソレー効果では温度勾配により拡散方向を制御できる．本申請では，申請者らの行ってきたガラス内部での金属球のマニピュレーションと軌跡への金属ドープを活用しガラスのソレー効果を解明する．金属球のマニピュレーションにより，ガラスの内部に金属原子をドープした領域を簡単に形成できる．そこで，レーザ加熱することで温度勾配を形成，ドープした金属原子の移動を追跡することで，ソレー効果を評価する．本年度は，まず，ガラス中に金属球を導入・移動させることでガラス中に金属微粒子をドープした． このとき，微粒子は金属球周囲に分布している．次に金属球が移動しない条件で金属球をレーザ加熱し，ドープ領域に温度勾配を与えた．加熱時の微粒子の挙動を CCDカメラでその場観察を行った．Feを加熱した場合は，微粒子が高温である金属球に向かって移動していた．PIVによる測定で微粒子は最大0.56 μm/sの速度で移動していた．一方，Niの場合の微粒子の移動はFeとは異なり，金属球から遠ざかる，すなわち低温側へ移動していた．本実験において，微粒子は金属球界面に垂直な向きに移動している．これは，ソレー効果の影響が考えられる．しかし，本実験では対流や表面張力など様々な現象が同時に起きており，それぞれを切り離して考えるのは実現できていない．

ソレー効果もしくは熱拡散ともよばれる温度勾配により物質が移動する現象がある．一般的な濃度拡散（フィックの法則による拡散）は等方的でその方向は制御できないが，ソレー効果では温度勾配により拡散方向を制御できる．本申請では，申請者らの行ってきたガラス内部での金属球のマニピュレーションと軌跡への金属ドープを活用しガラスのソレー効果を解明する．金属球のマニピュレーションにより，ガラスの内部に金属原子をドープした領域を簡単に形成できる．そこで，レーザ加熱することで温度勾配を形成，ドープした金属原子の移動を追跡することで，ソレー効果を評価する．本年度は，まず，ガラス中に金属球を導入・移動させることでガラス中に金属微粒子をドープした． このとき，微粒子は金属球周囲に分布している．次に金属球が移動しない条件で金属球をレーザ加熱し，ドープ領域に温度勾配を与えた．加熱時の微粒子の挙動を CCDカメラでその場観察を行った．Feを加熱した場合は，微粒子が高温である金属球に向かって移動していた．PIVによる測定で微粒子は最大0.56 μm/sの速度で移動していた．一方，Niの場合の微粒子の移動はFeとは異なり，金属球から遠ざかる，すなわち低温側へ移動していた．本実験において，微粒子は金属球界面に垂直な向きに移動している．これは，ソレー効果の影響が考えられる．しかし，本実験では対流や表面張力など様々な現象が同時に起きており，それぞれを切り離して考えるのは実現できていない．