Glass structure design for glass nanocrystallization during quenching process and device fabrication

淬火过程中玻璃纳米晶化的玻璃结构设计和器件制造

基本信息

批准号：
22H01788
负责人：
篠崎健二
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

ガラスは熱力学的非平衡状態であり、ガラス転移温度以上の温度で保持すれば無秩序構造が秩序化し結晶化する。析出する結晶の粒径は核形成と結晶成長の競合で決まり、核形成が速いか成長が遅ければ結晶粒径は小さくなる。一般的に、ナノ結晶化にはガラス転移温度以上で数時間以上の熱処理を行うが、近年、申請者は熱処理を行わずに透明ナノ結晶化させた革新的な透明ナノ結晶化ガラスを開発した。このガラスはその特徴的なガラス構造に起因して極めて速い核形成をすることで、融液急冷過程であってもナノ結晶化する。本年はこれを発展させ、極めて速いナノ結晶化の起源解明のための構造解析と、より広い組成での材料設計指針を明らかにした。その結果、以下の点を明らかにした。・BaF2-ZnO-B2O3系において、希土類を添加しない場合は粗大な粒子が析出するが、Er3+などの希土類イオンを添加すると透明ナノ結晶化した。希土類イオンは核形成中心となりやすいことを見出し、希土類イオンが強いカチオン場でアニオンを引き付けるため、ナノドメインの発達を促すためだと考えている。・SrF2-ZnO-B2O3、CaF2-ZnO-B2O3などアルカリ土類の分極率を下げていくとフッ化物が析出しにくくなる。Er3+などを添加するとフッ化物粒子を析出するが、粒径は十分小さくならない。これは極性の違いが小さいためにガラスが形成するフッ化物ナノドメイン構造が十分に発達しないためと考察している。また、微小球合成に向けて合成と特性評価環境を整備した。

玻璃处于热力学非平衡状态，如果将其保持在玻璃过渡温度以上的温度下，则无序结构将被排序并结晶。沉淀晶体的晶粒尺寸取决于成核和晶体生长之间的竞争，如果成核快速或生长缓慢，则晶粒尺寸将较小。通常，纳米结晶涉及在玻璃过渡温度或更高的几个小时下进行热处理，但是近年来，申请人开发了创新的透明纳米晶体玻璃，该玻璃已在不进行热处理的情况下经过透明的纳米晶体化。由于其特征性的玻璃结构，该玻璃经历了极快的成核，即使在熔化的淬火过程中，它也会被纳米结构化。今年，我们开发了这一点，阐明了结构分析，以阐明极快的纳米结晶的起源以及设计具有更广泛组成的材料的准则。结果，阐明了以下几点： - 在BAF2-Zno-B2O3系统中，当不添加稀土时，粗颗粒会沉淀出来，但是当添加稀土离子（例如ER3+）时，会发生透明的纳米晶体化。我们发现，稀土离子倾向于是成核的中心，并且认为这是为了鼓励纳米域的发育，因为稀土离子在强阳离子田中吸引了阴离子。 - 如果碱性地球（例如SRF2-ZNO-B2O3和CAF2-ZNO-B2O3）的极化率降低，则氟化物的沉淀可能性较小。添加ER3+之类的会导致氟化物颗粒沉淀，但粒径不会足够小。这被认为是因为玻璃形成的氟化物纳米域结构由于极性的差异而产生足够的发展。另外，为微球合成准备了合成和表征环境。