ユビキタス元素を用いた低光弾性透明酸化物ガラスの創製

利用普遍存在的元素制造低光弹性透明氧化物玻璃

基本信息

批准号：
21K04652
负责人：
斎藤全
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

いわゆる環境破壊につながる毒性元素を用いずに、低光弾性特性を有する酸化物ガラスの探索および開発は順調に推移し、査読付き原著論文および学術学会の場で公表している。ガラス組成に含まれるSnOは容易に酸化しやすく、仮に酸化してSnO2になればガラス中で微結晶が析出し、酸化物ガラスの透明性は失われる。したがって、今年度はガラスの溶融中に、電気炉内の酸素分圧をその場観察して、上記の結晶を生じない最適な溶融中の酸素分圧を見出した。このような条件で作製されたユビキタス元素のみを用いた酸化物ガラスは、SnOを含有する多様な組成系で得られ、光弾性定数が|0.05 x 10-12 Pa-1|より小さい、いわゆるゼロ光弾性を示すことが分かった。光学特性として、屈折率が1.7以上で、可視光域で無色透明である。環境調和型元素を使用したゼロ光弾性酸化物ガラスを社会実装するためには、一度に作製するガラスバッチのスケールアップが必要であり、ガラスメーカーの作製コストおよび歩留まりを改善できる。したがって、新たに見出した上記の方法を用いながら、溶融する際に使用するルツボを大容量にして、溶融急冷法で得られるガラスを大きくする試みを行った。汎用のアルミナルツボにバッチを詰めて、通常の箱型電気炉を用いて酸素分圧を最適化しながらガラス作製をおこなった結果、従来よりも4倍くらい大きなゼロ光弾性ガラス試料を得た。この試みは、ガラスメーカーにおけるガラス作製プロセスの簡素化と一度に大量のガラス部材を得るための一助になると考えられる。

不使用导致环境破坏的所谓有毒元素的低光弹性氧化物玻璃的研究和开发进展顺利，并已在同行评审的原始论文和学术会议上发表。玻璃成分中所含的SnO很容易被氧化，如果氧化成SnO2，玻璃中就会析出微晶，使氧化物玻璃失去透明性。因此，今年我们在熔化玻璃时观察了电炉内的氧分压，找到了熔化时不会产生上述晶体的最佳氧分压。仅使用在这些条件下生产的普遍存在的元素制成的氧化物玻璃可以在含有SnO的各种组成体系中获得，并且其光弹性常数小于|0.05×10-12 Pa-1|，即所谓的零。发现其表现出光弹性。光学性能方面，折射率为1.7以上，在可见光范围内无色透明。为了在社会上实现使用环保元素的零光弹氧化物玻璃，需要扩大一次性生产的玻璃批量，这可以提高玻璃制造商的生产成本和产量。因此，在使用上述新发现的方法的同时，尝试增大熔融时使用的坩埚的容量，以增大通过熔融骤冷法获得的玻璃的尺寸。通过将批料填充到通用铝坩埚中并使用普通箱式电炉制造玻璃，同时优化氧分压，我们获得了零光弹性玻璃样品，其尺寸约为传统玻璃样品的四倍。这一尝试被认为可以帮助玻璃制造商简化玻璃制造过程并一次生产大量玻璃构件。