Development of fundamental technology in functional laminated glass reactor for photochemical reaction-packaging

光化学反应封装功能性夹层玻璃反应釜基础技术开发

基本信息

批准号：
21J12335
负责人：
富田夏奈
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

前年度に多孔質シリカガラス基板における非多孔質ガラス領域の形成が達成されたことを受け、このような加工がガラスへのCWレーザー照射により実現されるメカニズムを①ガラスの分相により形成されるナノ組織の非等温過程における動的な変化挙動、及び②ガラス基板へのレーザー照射過程で生じる温度場の経時変化の２点を通して明らかにした。過冷却,準安定状態にホウケイ酸塩(Na2O-B2O3-SiO2)ガラス中の加熱および冷却過程での分相組織の生成・変化・消失（均質化）挙動を、高温in-situ X線小角散乱測定(SAXS)装置を開発し時分割測定を行い明らかにした。加熱過程ではガラスの温度履歴により、混和（分相消失・均質化）温度（1000°C以上）が異なり、分相の均質化は準安定相（バイノーダル）の成長と物質の熱拡散のバランスにより定まることを明らかにした。一方、冷却過程での分相の生成・成長は従来であれば急冷試料で分析するのが一般的であったが、本研究では初めてガラスの冷却過程の構造変化を時分割で詳細に観測できることを示し、均質な高温融液を異なる速度で室温に冷却する際、分相組織生成温度は一般的に用いられる冷却速度には依存せずに定まること、冷却速度を大きくすると高温域での核成長機構による液滴状分相の形成がスキップされることを明らかにした。レーザー照射による加熱は極めて短時間で完結するため、加熱過程や均質化した後に冷却過程での分相組織のさらなる成長が生じず、目標としていた分相組織の局所的な均質化が達成されたと考えられる。また、有限要素法を用いた計算により、レーザーによりガラス中に与えられる熱履歴は、出力に加えてその走査速度が非常に大きな影響を及ぼすことを明らかにした。

针对去年在多孔石英玻璃基板上形成无孔玻璃区域的成就，我们解释了通过连续激光照射玻璃实现这种加工的机理，我们通过两点阐明了这一点：纳米结构在非等温过程中的动态变化行为，以及（2）玻璃基板上激光照射过程中发生的温度场的时间变化。利用高温原位小角 X 射线散射研究了过冷亚稳态硼硅酸盐 (Na2O-B2O3-SiO2) 玻璃在加热和冷却过程中相分离结构的产生、变化和消失（均匀化）行为我们开发了测量（SAXS）设备并进行了时分测量以澄清结果。在加热过程中，混合（相分离/消失/均质化）温度（超过1000°C）根据玻璃的温度历史而变化，而相分离的均质化取决于亚稳态相（双节）生长之间的平衡。）和物质的热扩散已宣布将得到修复。另一方面，传统上通常使用快速冷却的样品来分析冷却过程中相分离的形成和增长，但在这项研究中，首次可以详细观察玻璃冷却过程中的结构变化。分时方式表明，当均匀高温熔体以不同速率冷却至室温时，形成分离相结构的温度与常用的冷却速率无关。由于生长机制而导致的液滴状相分离被跳过。由于激光照射加热在极短的时间内完成，因此在均质化后的加热过程或冷却过程中不会发生相分离结构的进一步生长，从而实现了相分离结构的目标局部均质化。此外，使用有限元方法的计算表明，激光赋予玻璃的热历史不仅对输出功率而且对扫描速度都有很大的影响。