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

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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。