非弾性光散乱によるガラスの脆性の理解および機械特性評価～割れないガラス創製へ～

酸化物ガラスは古くから日常生活に欠かせない材料であり、近年ではスマートフォンやタブレット端末のタッチパネルに採用されている。そのような応用展開の中で、薄く、柔軟で高強度なガラス材料が求められ、かつそれら材料に向けた新たな評価技術の開発が重要視されている。一方でガラスにはガラス転移現象などのガラス独自の物理現象が存在する。ガラスのラマン散乱スペクトルに現れるボソンピークもガラス特有の現象の一つとして知られている。またボソンピークは実用的に重要な性質である弾性特性や仮想温度と密接に関連するとされるが、ボソンピークと諸特性との関係を実際に調査した例は少ない。そこで本研究では、板ガラスや化学強化ガラスなど多くの実用ガラス材料のベースであるシリケート組成を中心に、さまざまな酸化物ガラスのボソンピークを調査し、ボソンピークと諸特性との結びつきを明らかにし、さらにラマン散乱スペクトルが非破壊・非接触に取得可能なことに着目し、新たなガラス材料評価法の開発を目標とした。アルカリ・アルカリ土類シリケートガラスにおいてボソンピークを観測し、その実験結果をもとにボソンピークの極大波数と平均原子容との間に負相関が存在することを見出した。とくに添加するアルカリ・アルカリ土類金属イオンの大きさとボソンピークの極大波数との関連に着目した。さらにアルカリボレートガラスなど他のガラス系でも、類似の相関が成立することを明らかにした。以上の結果よりボソンピークを理解する上で、平均原子容が重要な指標になると推察される。また平均原子容は体積あたりの原子数と密接に関連するため、ボソンピークからガラスの充填・空隙構造に関する情報が取得できると考えられる。ガラスの充填・空隙構造は機械的強度や光散乱損失と密接に関連するため、それらガラスの諸性質を知る手段としてのボソンピークの応用も期待できる。

酸化物ガラスは古くから日常生活に欠かせない材料であり、近年ではスマートフォンやタブレット端末のタッチパネルに採用されている。そのような応用展開の中で、薄く、柔軟で高強度なガラス材料が求められ、かつそれら材料に向けた新たな評価技術の開発が重要視されている。一方でガラスにはガラス転移現象などのガラス独自の物理現象が存在する。ガラスのラマン散乱スペクトルに現れるボソンピークもガラス特有の現象の一つとして知られている。またボソンピークは実用的に重要な性質である弾性特性や仮想温度と密接に関連するとされるが、ボソンピークと諸特性との関係を実際に調査した例は少ない。そこで本研究では、板ガラスや化学強化ガラスなど多くの実用ガラス材料のベースであるシリケート組成を中心に、さまざまな酸化物ガラスのボソンピークを調査し、ボソンピークと諸特性との結びつきを明らかにし、さらにラマン散乱スペクトルが非破壊・非接触に取得可能なことに着目し、新たなガラス材料評価法の開発を目標とした。アルカリ・アルカリ土類シリケートガラスにおいてボソンピークを観測し、その実験結果をもとにボソンピークの極大波数と平均原子容との間に負相関が存在することを見出した。とくに添加するアルカリ・アルカリ土類金属イオンの大きさとボソンピークの極大波数との関連に着目した。さらにアルカリボレートガラスなど他のガラス系でも、類似の相関が成立することを明らかにした。以上の結果よりボソンピークを理解する上で、平均原子容が重要な指標になると推察される。また平均原子容は体積あたりの原子数と密接に関連するため、ボソンピークからガラスの充填・空隙構造に関する情報が取得できると考えられる。ガラスの充填・空隙構造は機械的強度や光散乱損失と密接に関連するため、それらガラスの諸性質を知る手段としてのボソンピークの応用も期待できる。