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研究内容

Keywords

ガラス, 液体, アモルファス, 高エネルギーX線, RMCシミュレーション

高輝度放射光を用いたガラス・液体・アモルファス材料の構造解析

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

論文
書籍
会議録
口頭発表

所属学会

日本放射光学会, 日本セラミックス協会

マテリアル基盤研究センター
タイトル

量子ビーム実験と構造モデリングによる非晶質材料の構造解析と構造制御

キーワード

X線回折,中性子回折,ガラス・液体,アモルファス,構造,高温・高圧

概要

ガラス・液体・アモルファス材料は我々の生活に欠かせないものである。酸化物ガラスを例にとると窓ガラス、光ファイバー、スマートフォンのカバーガラス等が挙げられる。ガラスの材料開発における難点は結晶材料のように規則正しく原子が配列してないことから、構造を実験データに基づいて一意的に決定できない点であり、それゆえ構造制御による材料設計が困難になる。我々は、この状況を打開するために、放射光X線、中性子、電子線といった量子ビームを使った実験に基づいた構造モデリングにより、非晶質の乱れた構造に潜んだ秩序を抽出し、さらに高温・高圧といった環境を利用した新規材料開発を行う。これまでの研究では、世界でもっとも構造秩序のある高屈折ガラスの合成に成功している。

新規性・独創性

放射光X線、中性子、電子線といった量子ビーム技術を横断的に利用
データ駆動型構造モデリングにより、実験データを再現する非晶質の構造モデルを構築
非晶質の乱れた構造に潜んだ秩序をトポロジーに注目して抽出
温度や圧力を駆使することによりガラスの構造を制御し、新規材料を合成

内容

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先端非晶質材料の機能発現は構造制御が鍵となるが、非晶質材料の構造は乱れており、構造を通して機能や物性を理解することが困難である。本研究ではX線・中性子・電子線といった量子ビーム実験を横断的に利用し、従来解析が困難であった機能発現に係る構造の乱れを明らかにする。さらに、得られた結果をデータベース化し、データ科学・データ駆動型モデリングを取り入れ、構造制御による新規材料設計へと展開する。

まとめ

本研究では、温度と圧力を制御することにより世界一構造秩序のある高密度(高屈折率)シリカ(SiO2)ガラスの合成に成功
密度と組成が同じで構造が異なるシリカガラスの合成に成功
これらのガラスの構造の違いをトポロジーという概念を用いて説明することに成功
さらなる高密度(高屈折率)ガラスの設計指針が得られ、現在研究をすすめている

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