コーディエライトの熱膨張への陽イオンサイズ効果

本研究の目的は、化学組成の異なるコーディエライトの合成実験を行うことにより、熱膨張への陽イオンの大きさや組成の影響を系統的に研究を行い、熱膨張への陽イオンサイズ効果を明らかにすることである。本年度は、陽イオンサイズ効果を検討するため、(1)人面体(M)サイト中のMgイオンをイオン半径の異なるFe,Mnイオンに置換、(2)四面体(T)サイト中のAl,SiイオンをGe,Gaイオンに置換した合成実験を、加熱炉を用いて行った。・MgイオンをFe,Mnとイオン半径の大きい元素に置換するとa軸は長くなり、c軸は短くなった。また、熱膨張率はa軸に関しては小さくなり、c軸は正の方向へと変化した。これは、コーディエライトの熱膨張のメカニズムにより説明がつく。・Al,SiイオンをGe,Gaイオンに置換した場合、a,c軸ともに長くなった。熱膨張率に関しては、データに非常にばらつきが見られ、系統的な変化を見いだすことができなかった。この理由の一つとして、Tサイトのイオン半径を変化させることにより、コーディエライトのTサイト中のイオンが秩序化を起こし、低温相に変化しているのではないかと考えられる。秩序化した低温相と無秩序状態の高温相では熱膨張率が少し異なることが計算機シミュレーションからも得られている。しかし、今回の研究からは本当にそうなのかについての詳細はわからなかった。合成実験では2種類ある四面体(T1,T2)中のいずれの効果が卓越しているのかの判断が難しいため、もう一つの柱である計算機シミュレーションにおいてそのサイト効果について研究を行った。その結果、T1サイトをイオン半径の大きい元素に置換した場合は、a軸はほとんど変化がみられないが、c軸は長くなった。一方、T2サイトの場合、a,c軸ともにイオン半径が大きいほど長くなった。

本研究の目的は、化学組成の異なるコーディエライトの合成実験を行うことにより、熱膨張への陽イオンの大きさや組成の影響を系統的に研究を行い、熱膨張への陽イオンサイズ効果を明らかにすることである。本年度は、陽イオンサイズ効果を検討するため、(1)人面体(M)サイト中のMgイオンをイオン半径の異なるFe,Mnイオンに置換、(2)四面体(T)サイト中のAl,SiイオンをGe,Gaイオンに置換した合成実験を、加熱炉を用いて行った。・MgイオンをFe,Mnとイオン半径の大きい元素に置換するとa軸は長くなり、c軸は短くなった。また、熱膨張率はa軸に関しては小さくなり、c軸は正の方向へと変化した。これは、コーディエライトの熱膨張のメカニズムにより説明がつく。・Al,SiイオンをGe,Gaイオンに置換した場合、a,c軸ともに長くなった。熱膨張率に関しては、データに非常にばらつきが見られ、系統的な変化を見いだすことができなかった。この理由の一つとして、Tサイトのイオン半径を変化させることにより、コーディエライトのTサイト中のイオンが秩序化を起こし、低温相に変化しているのではないかと考えられる。秩序化した低温相と無秩序状態の高温相では熱膨張率が少し異なることが計算機シミュレーションからも得られている。しかし、今回の研究からは本当にそうなのかについての詳細はわからなかった。合成実験では2種類ある四面体(T1,T2)中のいずれの効果が卓越しているのかの判断が難しいため、もう一つの柱である計算機シミュレーションにおいてそのサイト効果について研究を行った。その結果、T1サイトをイオン半径の大きい元素に置換した場合は、a軸はほとんど変化がみられないが、c軸は長くなった。一方、T2サイトの場合、a,c軸ともにイオン半径が大きいほど長くなった。