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ナノサイズシリカ微粒子およびその焼結体の構造制御と光学特性(非晶質ポーラスシリカの微細構造と光機能発現)

研究報告コード R070000248
整理番号 R070000248
掲載日 2008年4月11日
研究者
  • 内野 隆司
研究者所属機関
報告名称 ナノサイズシリカ微粒子およびその焼結体の構造制御と光学特性(非晶質ポーラスシリカの微細構造と光機能発現)
報告概要 二酸化ケイ素(SiO2,シリカとも呼ばれる)は,その組成式の単純さに比較して,多様な構造および結合様式をとりうるという興味深い特徴を有している。その結晶には,cristobalite,quartz,stishoviteなどがあり,それらの低温,高温安定相まで数え上げると20種類以上の多形が存在するといわれている。また,SiO2は,ゼオライトなどの多孔性結晶の骨格を作るうえでの基本物質でもある。さらに,SiO2は、もっとも代表的なガラス形成酸化物として知られており,その溶融体を冷却すると,容易にガラス化するという性質を持っている。以上のべたシリカ関連物質は,高圧結晶相のstishoviteをのぞき,いずれもSiO4四面体を基本構成ユニットとしている(stishoviteはルチル型結晶構造を有しており,SiO6多面体が基本構成ユニットとなる)。これらシリカ骨格中のSiO4四面体の構造は結晶中でも,ガラス中でも殆どかわらず,ほぼ正四面体に近い構造をとっている。また,これまでの研究から,二つのSiO4四面体間のSi-O-Si結合角の作るポテンシャルエネルギー曲面は非常に浅いことが知られている。したがって,シリカ骨格は,非常に硬いrigidなSiO4四面体の部分と,それらをつなげるやわらかいflexibleな接点とからなっていると考えることができる。すなわち,四面体間をつなぐSi-O-Si結合角の柔軟性が,多くの結晶多形とガラス状態の存在を可能にしているといえる。このようなシリカ骨格の電子構造は,その基本構成ユニットであるSiO4四面体の電子構造によってほぼ決定される。したがって,同じ構造ユニットを骨格に持つシリカ結晶とシリカガラスの電子構造は非常に類似しており,その結果,関係する光学特性に関しても類似点が多い。しかし,欠陥レベルにまでさかのぼると,シリカ結晶とシリカガラスとでは構造や結合形態に差が現れてくる。すなわち,シリカガラス中には,シリカ結晶には観測されていない,ガラス特有の欠陥構造の存在することが知られている。特にシリカガラス表面には,そのようなガラス特有の欠陥構造が多数存在すると考えられている。結晶と異なり,周期的並進対称性という構造的束縛のない(シリカ)ガラス表面は,ガラス特有の欠陥構造の宝庫といえる。本研究は,そのようなガラス表面特有の欠陥構造に注目し,その欠陥構造の電子励起過程を利用して,新しい可視発光材料の創製をめざしたものである。特に,我々は比表面積の非常に大きなシリカ材料であるポーラスシリカに注目し,同材料の焼結過程における構造,発光特性の変化に焦点をあてて研究を行った。
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研究分野
  • 無機化合物のルミネセンス
研究制度
  • 戦略的創造研究推進事業 さきがけタイプ(旧若手個人研究推進事業を含む)/秩序と物性
研究報告資料
  • 内野 隆司. ナノサイズシリカ微粒子およびその焼結体の構造制御と光学特性(非晶質ポーラスシリカの微細構造と光機能発現). さきがけライブ2004 ナノテクノロジー分野合同研究報告会 「秩序と物性」領域 講演要旨集(研究期間:2001-2004), 2005. p.22 - 19.

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