（平成29 年度進歩賞受賞講演） ガラス構造と結合性に基づき設計された 新規光機能ガラス及び結晶化ガラスの創成

摘要

ガラスはランダム構造のため、多くの物性で加成則が成立する。 これは特性制御の容易性をもたらす一方で、物性の特異点の出現 や構造に由来する機能性が発現しない原因である。ガラス材料に 更なる機能性を付与する試みとして、ガラスの結晶化が取り組ま れている。我々は特にフッ化物を酸化物ガラスに導入した酸フッ 化物ガラスおよびその結晶化ガラスに着目して研究を行ってい る。フッ化物イオンは酸化物イオンに比べ小さな形式電荷と大き な電気陰性度を有する。これに起因して、共有結合性のSi–O (架橋) をイオン結合性のSi–F (非架橋) で置き換えることでガラス網目を 切断し粘性を下げる、酸化物との分極率の違いにより分相形成を 促進する、熱処理により結晶化しフッ化物ナノ結晶を析出するな どの挙動を示す。これを利用して、例えばCaF2 ナノ結晶化ガラス において、母ガラスの表面からフッ化物イオンを脱離させ、ガラス 表面近傍の粘性を高め結晶化しにくい状態にした後に熱処理結晶 化させることで、表面近傍のみに選択的に結晶が析出しない領域 を形成できることを見出した(Fig. 1, [1])。このように、ガラス中の フッ化物に着目して材料設計することで、フッ化物ナノ結晶の形 態を制御することが可能である。