量子ビーム実験と構造モデリング、トポロジカル解析が協奏した硫化物ガラスの構造研究

利用量子束实验、结构建模和拓扑分析进行硫化物玻璃的结构研究

基本信息

批准号：
22K04950
负责人：
小野寺陽平
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04950/
关键词：
ガラス構造量子ビーム回折構造モデリングトポロジカル解析

项目摘要

本研究では、酸化物ガラスに比べて優れた材料特性を発現する可能性を秘めた硫化物ガラスを対象とし、量子ビーム実験、コンピュータシミュレーション、トポロジカル解析の融合による硫化物ガラスの構造機能相関の解明を行うことを目的とする。2022年度は化学的耐久性の低い硫化物ガラスを高品質で合成するための実験環境の整備を行なった。既設のグローブボックスに不活性ガスの循環精製システムを接続し、水分および酸素濃度がともに1ppm程度の高純度ガス雰囲気での試料合成環境を実現した。さらに、高純度ガス雰囲気下でのメカノケミカル合成によって、SiS2、P2S5といったガラス試料の合成テストを実施した。市販の化合物試薬を出発原料とした合成によって得られた試料においては著しい水分の混入と酸化が確認されたことから、高純度のシリコンやリン、硫黄といった単体の試薬を出発原料として用いたガラス試料合成を行なった。試料合成と並行して、密度測定を不活性ガス雰囲気下で行う準備を進めた。密度は精密な構造解析を行う上で非常に重要な物性値であるが、吸湿性かつ大気中で不安定な硫化物ガラス試料の密度を通常のアルキメデス法や、大気中でのガス置換法で行うことは極めて困難である。本研究ではガスピクノメータを高純度不活性ガスを循環させたグローブボックス中に設置し、試料を大気に晒すことなく密度を測定できる実験環境を構築した。酸化物ガラスを用いたテスト測定を行った後、硫化物ガラスの測定を実施していく予定である。

本研究重点关注硫化物玻璃，与氧化物玻璃相比，硫化物玻璃有潜力表现出优异的材料性能，并通过结合量子束实验、计算机模拟和拓扑分析来阐明硫化物玻璃的结构-功能关系。 2022财年，我们创建了一个实验环境来合成具有低化学耐久性的高质量硫化物玻璃。现有的手套箱连接了惰性气体循环净化系统，在水分和氧气浓度约为1 ppm的高纯度气体气氛中创建了样品合成环境。此外，我们在高纯度气体气氛下采用机械化学合成法对 SiS2 和 P2S5 等玻璃样品进行了合成测试。使用市售的化合物试剂作为起始原料合成得到的样品中确认到显着的水分污染和氧化，因此使用以高纯度硅、磷和硫等简单试剂作为起始原料的玻璃样品进行合成。在样品合成的同时，准备在惰性气体气氛下进行密度测量。密度对于精密结构分析来说是一个非常重要的物理性质值，但是对于具有吸湿性且在大气中不稳定的硫化物玻璃样品，使用普通的阿基米德法或大气中的气体置换法很难测量密度。是极其难做到的。在这项研究中，我们在循环高纯度惰性气体的手套箱中安装了气体比重瓶，创造了一个可以在不将样品暴露在大气中的情况下测量密度的实验环境。在使用氧化物玻璃进行测试测量后，我们计划对硫化物玻璃进行测量。