原子が不規則に配列したネットワーク構造を有しており、原子配列の変化に伴って材料の緻密性、すなわち密度が変化するため、屈折率や誘電率、イオン伝導率や弾性率など様々な物性を変化させることが可能です。達成によるサイバー空間と人間との連動による物事の効率化や豊かさを実現に向けた材料の提案を目指します。アプローチ非晶質材料中の原子配列や局所構造、ネットワーク構造を制御することによって物性の向上を進めています。材料作製ではガラスの代表的な作製法である溶融法以外に、ゾル-ゲル反応や電気化学反応を用いた溶液プロセスや、気相プロセス、放電プラズマ焼結法などによる固相プロセスに取り組んでいます。作製した材料の細孔の機能化などを行っていくことでサブナノ~ナノメートルサイズの空間を制御し、高機能性材料の作製を目指しています。ガラスは簡便に作製でき、透明で化学的耐久性の高い材料として幅広く応用されている。酸化物ガラスの酸素を窒素に置き換えたガラスは酸窒化物ガラスとして知られており、窒素の導入に伴って化学耐久性や耐熱性、硬度などの機械特性や屈折率などの光学特性など種々の物性が向上することが知られている。窒素の導入においては窒化物原料を用いた場合には加熱による分解が起こってしまうため、安定な融液の形成が難しく、十分なバルク物性の検討は進んでいない。本研究では、アンモニア気流中での熱処理によって窒素を導入することで様々な酸窒化物ガラスの作製とそのバルク物性の調査を行うことで、機能性酸窒化物ガラスの作製を目指している。着目した機能性開拓についても進めている。主な研究1陽極酸化による皮膜の形成は古くから知られているが、本研究では、交流陽極酸化を用いることで既存の発色とは異なる光沢性の高い陽極酸化皮膜の形成を進めてきた。既存技術では基板に垂直な方向にナノメートルサイズの細孔が形成され、細孔内部に色素の導入などを行うことで色を制御している。色素は高温での耐久性は乏しく、退色も起こりやすい。本研究で得られた皮膜ではナノメートル厚のアルミナ膜が積層をなしており、各膜の厚さを電気化学的に制御することによって発色を制御することが可能である。図2には種々の条件で作製したアルミナ皮膜の外観を示す。電圧の制御によって色の制御が可能であることが確認されている。アルミナ自体による発色のため、高温においても耐久性が高い。積層構造のため亀裂の進展が起こりにくく、靱性の高い皮膜となっている。主な研究2酸窒化ケイ素ガラス中の窒素濃度の増加に伴って、ガラス転移温度やヤング率の上昇が確認された。図1には各種ガラスのガラス転移温度とヤング率の関係を示す。現状できている酸窒化ケイ素ガラスは赤の領域となる。シリカガラスよりも高いガラス転移温度と高いヤング率を示している。透明なガラスができており、高温での耐久性を保有しており、リソグラフィ用の基板や車載用や高輝度プロジェクタ用のレンズなどに利用が期待される。Euイオンをドープした発光性酸窒化ケイ素ガラス薄膜で紫外線を吸収して可視域の発光が可能である。太陽電池のカバー材料に塗布することで紫外光を効率よく利用できる波長変換機能として期待される。酸窒化リンガラスでは、リン酸塩ガラスよりも高い化学耐久性を有していることが確認されており、放射性廃棄物である塩化セシウムの固化用ガラスやイオン伝導体として電池用の電解質材料としての応用が期待される。まとめ酸窒化ケイ素ガラスに関する技術:シリカガラス以上の耐熱性を持つガラス材料として耐熱性の必要な部品などへの応用可能性がある。蛍光ガラスについてはガラス膜として太陽電池の効率アップに貢献できる機能性膜となる可能性がある。ガラスマトリックスやプロトン伝導ガラスとしての応用が期待される。陽極酸化技術:発色性を利用して色材としての応用が期待される。交流電解によって靱性の高い皮膜が形成できており、直流電解の膜に比べてクラックの入りにくい皮膜へと応用ができる。概要GaNに代表されるIIIb族窒化物の光・電子デバイス研究の進展に伴い、ScNの半導体分野への応用が期待されている。ScNは、岩塩型結晶構造のIIIa族窒化物であり、大きな非化学量論的組成に起因する欠陥から生成された高濃度キャリアを有するn型半導体であり、高い電子移動度を示す。(111)配向した岩塩型ScNとc軸配向したウルツ鉱型GaNは格子整合し、岩塩型ScNと閃亜鉛鉱型GaNの格子定数も一致することから、小さな格子不整合を利用したGaN/ScNヘテロ構造など、GaN系半導体との融合も期待されている。主な研究Scは用途が限られているために高価な元素の部類に含まれるが、地球上に豊富に存在する資源的に恵まれた材料である。起因する欠陥から生成された高濃度キャリアを有するn型半導体であるにもかかわらず、高い電子移動度を示す。その物性には不明な点が多い。本研究では、分子線エピタキシー法により高品質なScN薄膜を合成し、その物性を明らかにするとともに、岩塩型半導体の半導体素子への応用の可能性を検討している。制御やドーピングによる物性制御が実現すれば、ScNの半導体素子への応用が期待できる。さまざまな種類が知られており、それぞれに特有の物性を活用することで古くから利用されてきた。基材といった応用目的に特化した材料を開発できる。オルガノシロキサン(シリコーンなど)を基盤にしたモノリス型の多孔体は、その柔軟性および化学的安定性から、多岐にわたる先端応用が期待されている。相分離を伴うゾル-ゲル法を用いたモノリス型多孔体作製においてはさまざまな微細構造を形成・制御可能であるが、疎水性が比較的高いオルガノシロキサン材料を水系ゾルから効率よく形成するためには工夫が必要である。相分離制御が容易なプロセスを開発していくことで、再現性が高く欠陥が少ないバルク材料を自在なスケールで作製できるようになった。材料の変形性を生かすことで、形を変えても性能が低下しない断熱材に加え、スポンジを絞るかのように用いるリポソーム形成基材やインターフェイスを兼ね備えた触覚センサー用光学材料など、分野を問わない新しい応用を開拓している。モノリス型多孔体の微細骨格内部にナノ材料を複合化することで、従来よりも強度を高めたバルク材料を開発している。そのような複合材料は複合前に比べて耐衝撃性や耐摩耗性が顕著に改善されるため、これまで低嵩密度の多孔体作製後には難しかった精密機械加工が容易になった。よる拡散反射などを生かした、光学材料としての開発にも力を入れている。まとめオルガノシロキサンは汎用プラスチックやセラミックスと比較して原料コストは高いものの、両者には見られないさまざまな特徴をもつ。帰属します更新日:2024年10月23。