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Prediction of ion-exchange process in glass by using multi-component diffusion theory for making of gradient index glasses

利用多组分扩散理论预测玻璃中的离子交换过程以制备梯度折射率玻璃

基本信息

批准号：
17560647
负责人：
WAKABAYASHI Hajimu
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Toyota Physical & Chemical Research Institute
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

The ion-exchange technique in glass is applied to produce the micro-optic components such as gradient index lens, waveguide, and so on. The key point on the technique is to find out the treated conditions in the ion-exchange process in order to form an intended index distribution, namely concentration distributions in a glass. It is the best way to reliably simulate the concentration profiles during ion-exchange and to find out the conditions by a virtual experiment. Unfortunately, the present stage in the development of gradient index glasses is not as mentioned above.In this study ion-exchange process in glass is described by multi-component diffusion equations, which are derived from the flux densities of mobile cations and the gradient of electrochemical potential, and the numerical solution to obtain the theoretical concentration distributions has been programmed with a finite difference method because the equations are nonlinear. On the other hand, the concentration distributions … More are determined by ion-exchange experiments. The plan is put on the basis which contains a development of glasses with much silver ion and a deal with ion-exchange kinetics among three kinds of mobile cations for practical merits. As the results, bonrphosphate glasses are chosen as the samples which contain Na, K, and Ag ions for mobile ones and have chemical durability. The selfdiffusion coefficients of mobile cations have been determined by means of a radio-isotope tracer technique for the sake of use in the numerical calculation. The theoretical distributions can be rigorously described by using the selfdiffusion coefficients which depend on the composition. The ion-exchange experiments are carried out between glass and molten salt, and glass-glass couples. The experimental distributions after ion-exchange were quantitatively determined by means of an EPMA. When the treated conditions in an ion-exchange experiment were same as the calculation conditions, the simulation profiles coincided closely with the experimental ones. The concentration distributions are transformed into refractive indexes. As we have obtained the convincing condusion that the computer simulation on the diffusion theory is effective, some profiles bompulncl were demonstrated for the purpose of support to the development of gradient index glasses. Less

玻璃离子交换技术可用于制备梯度折射率透镜、波导等微光学器件，其关键是找到离子交换过程中的处理条件，以形成预期的折射率分布，即玻璃中的浓度分布。通过虚拟实验来可靠地模拟离子交换过程中的浓度分布并找出条件是最好的方法。本文采用多组分扩散方程描述梯度折射率玻璃中的离子交换过程，该方程由移动的阳离子的通量密度和电化学电位梯度导出，由于方程为：非线性另一方面，浓度分布 ...更多信息通过离子交换实验确定。该计划的基础上提出的，其中包括多银离子的玻璃的开发和处理的三种移动的阳离子之间的离子交换动力学的实用价值。结果表明，硼磷酸盐玻璃中含有Na、K、Ag离子，可作为移动的玻璃，具有化学稳定性。本文用放射性同位素示踪技术测定了移动的阳离子的自扩散系数，以供数值计算之用。理论分布可以通过使用依赖于组成的自扩散系数来严格描述。进行了玻璃与熔盐、玻璃-玻璃偶之间的离子交换实验。用电子探针定量测定了离子交换后的实验分布。当离子交换实验的处理条件与计算条件相同时，模拟曲线与实验曲线吻合较好。将浓度分布转化为折射率。由于我们已经得到了令人信服的结论，即扩散理论的计算机模拟是有效的，为了支持梯度折射率玻璃的发展，我们演示了一些剖面图。少

项目成果

期刊论文数量（33）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Simulation of Concentration Profiles for Ternary Ion-Exchange in Silver-Containing Phosphate Glasses

含银磷酸盐玻璃中三元离子交换浓度分布的模拟

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
European J. Glass Science and Technology (To be published)
影响因子：
0
作者：
若林肇;Hajimu Wakabayashi
通讯作者：
Hajimu Wakabayashi

リン酸塩ガラスにおける耐水性の改善と3種の1価カチオン混合ガラスの物性

磷酸盐玻璃耐水性的改善及三类一价阳离子混合玻璃的物理性能

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
豊田研究報告 60
影响因子：
0
作者：
若林肇;Hajimu Wakabayashi;若林肇;若林肇
通讯作者：
若林肇

トレーサー実験を通してガラスの材料開発を試みる基礎研究の成果を開発研究に役立てるために

利用基础研究成果，通过示踪实验开发玻璃材料。

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Tracer 42
影响因子：
0
作者：
若林肇;Hajimu Wakabayashi;若林肇;若林肇;若林肇
通讯作者：
若林肇

Effect of B2O3 additions on the chemical durability R_2O・ZnO・2P_2O_5 glasses (R : Na, K, and Ag)

添加 B2O3 对 R_2O・ZnO・2P_2O_5 玻璃（R：Na、K 和 Ag）化学耐久性的影响

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Reports of Toyota Physical and Chemical of Research Institute No. 59
影响因子：
0
作者：
若林肇;Hajimu Wakabayashi;若林肇;若林肇;若林肇;Hajimu Wakabayashi;Hajimu Wakabayashi;若林肇;若林肇;Hajimu Wakabayashi & Takahiko Honma;若林肇;Hajimu Wakabayashi
通讯作者：
Hajimu Wakabayashi

Properties of Silver Phosphate Glass and Prediction of Ion-Exchange Process for the Application to Gradient-Index Design

磷酸银玻璃的性能和离子交换过程的预测在梯度折射率设计中的应用