計算科学シミュレーションを用いたCeO_2砥粒によるガラス研磨の化学反応機構の解析

摘要

フラットパネルディスプレイやハードディスク用のガラスの研磨材として，CeO_2 砥粒が用いられている．CeO_2 砥粒を用いたガラス研磨では，砥粒とガラス表面間の化学反応が機械的研磨を促進していると考えられているが，そのメカニズムは未だ解明されていない．また，CeO_2 砥粒は近年セリウムの輸出制限により安定した供給が懸念されており，CeO_2 砥粒に代わる砥粒材料の開発が急がれているが，その開発方針を得るためには電子·原子レベルでCeO_2 砥粒による研磨メカニズムを解明する必要がある．そこで，本研究ではCeO_2 砥粒によるガラスの研磨メカニズムを解明するため，分子動力学法を用いてCeO_2 砥粒によるSiO_2 表面の研磨シミュレーションを行い，研磨による表面の構造変化について解析を行った．さらに，研磨における化学反応プロセスを明らかにするため，第一原理計算を用いて研磨プロセスにおけるCe 原子の電荷及びSi-O 結合長の変化を解析した．さらに水分子がガラス研磨に与える影響についても解析し，これらの結果から代替砥粒設計のための指針について検討した．