NMRを用いたガラス化と最安定局所構造解析

使用 NMR 进行玻璃化和最稳定的局部结构分析

基本信息

批准号：
16686041
负责人：
高橋雅英
金额：
$ 18.05万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

低温溶融ガラスとは数百度以下で軟化するガラスの総称であり、一般的に鉛含有ガラスがその代表例として挙げられる。低温溶融ガラスは接着剤や封着材として多く用いられるだけでなく電子デバイスの絶縁保護や接着などにも用いられており、現代社会において欠かすことのできない重要な基幹材料の一つである。我々は最近、無溶媒下における新たなガラス作製法として"無水酸塩基反応法"を報告している。原料に主にリン酸とクロロシランを用い、無溶媒下において出発原料の混合物からガラスを直接合成する手法である。この手法の大きな利点は、溶媒や触媒が介在しないため、均一で成形性のよい緻密な透明ハイブリッド材料を得ることが可能である点であり、フォトニクス材料としての応用が期待される。本年度は、NMRを用いたリンの局所構造解析により、無水酸塩基反応によるガラスネットワーク形成機構の解明、ガラス安定構造解析を主な研究対象とした。実験に用いたガラス系は、有機修飾ケイリン酸主鎖からなるハイブリッドガラス系である。本ガラス系も我々の研究グループにより新たに発券された新規ガラス形成系である。31P-NMR測定結果より、ケイリン酸主鎖形成に及ぼす有機官能基依存性を詳細に解明した結果、出発試薬である、リン酸と有機クロロシランのうち、有機クロロシランの感応記の電子供与性とガラス形性に大きな相関があることを見いだした。量子化学計算結果と併せて反応性ラインナップを確立し、以下に示すSN2型共置換反応によるネットワーク形性機構を明らかにした。2H_3PO_4〓H_4PO_4^+ + H_2PO_4^- (autoprotolysis) (1)R_2SiCl_2 + H_2PO_4^- → H_2O_3P-O-SiR_2Cl + Cl^- (2)Cl^- + H_4PO_4^+ → H_3PO_4 + HCl. (3)得られた反応機構に基づいた材料設計により、反応収率100%のガラス系を得ることに成功し、フォトニクスへの応用について検討段階に入っている。

低温熔化玻璃是在低于几百度的温度下软化的玻璃的总称，一般以含铅玻璃作为典型例子。低温熔化玻璃不仅广泛用作粘合剂和密封剂，还用于电子器件的绝缘保护和粘合，是现代社会不可或缺的重要核心材料之一。我们最近报道了一种在没有溶剂的情况下生产玻璃的新方法，即“酸碱反应法”。该方法主要以磷酸和氯硅烷为原料，在没有溶剂的情况下，由起始原料的混合物直接合成玻璃。该方法的主要优点是由于不涉及溶剂或催化剂，可以获得致密、透明、均匀且具有良好成型性的杂化材料，有望作为光子材料应用。今年，我们的主要研究课题是通过使用核磁共振对磷进行局部结构分析来阐明酸酐基反应引起的玻璃网络形成机制以及玻璃稳定结构分析。实验中使用的玻璃体系是由有机改性硅磷酸主链组成的杂化玻璃体系。该玻璃系统也是我们课题组新近发表的一种新型玻璃成型系统。根据31P-NMR测定结果，详细阐明了有机官能团对硅磷酸主链形成的依赖性，结果发现，在起始试剂磷酸和有机氯硅烷中，有机氯硅烷和玻璃的给电子性显着提高。发现与形状有很大的相关性。结合量子化学计算的结果，我们建立了反应阵容，并阐明了由于如下所示的 SN2 型共取代反应而形成网络的机制。 2H_3PO_4〓H_4PO_4^+ + H_2PO_4^-（自质子分解） (1)R_2SiCl_2 + H_2PO_4^- → H_2O_3P-O-SiR_2Cl + Cl^- (2)Cl^- + H_4PO_4^+ → H_3PO_4 + HCl。 (3)通过基于所得反应机理的材料设计，我们成功获得了反应产率100%的玻璃体系，目前正处于考虑将其应用于光子学的阶段。

项目成果

期刊论文数量（6）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Enhancement of polymerization reaction by diethyl ether-aqueous NaOH immiscible two phase liquid treatment of phenyl-modified polysiloxane glass

乙醚-NaOH不混溶两相液处理苯基改性聚硅氧烷玻璃增强聚合反应

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
J.Ceram.Soc.Jpn 113
影响因子：
0
作者：
Hirokazu Masai
通讯作者：
Hirokazu Masai

2D spinodal phase separated TiO2 films prepared by sol-gel process and photocatalvtic activity

溶胶-凝胶法制备二维旋节线相分离TiO2薄膜及其光催化活性

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Mat.Res.Bull. 39
影响因子：
0
作者：
Mori;R.
通讯作者：
R.

ナノハイブリッド材料の最新技術

纳米杂化材料最新技术

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
影响因子：
0
作者：
E.S.Otabe;I.Kohno;M.Kiuchi;T.Matsushita;T.Nomura;T.Motohashi;M.Karppinen;H.Yamauchi;S.Okayasu;A.Chiba;R.Yoshida et al.;Mitsuhiro Katayama 他7名;橋詰峰雄
通讯作者：
橋詰峰雄

Controlling carrier density and its effect on I-V characteristics of the anatase-TiO_2 thin films prepared by a sputter deposition

溅射沉积锐钛矿型TiO_2薄膜载流子密度控制及其I-V特性影响