シリカガラスの熱的性質 II
ガラス転移,仮想温度
福井大学工学部
葛生 伸
シリカガラスと一般のガラスの違い
一般のガラス,高分子
シリカガラス
シリカガラスの体積 ― 他の非晶質材料に見られな
い特異な依存性
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
シリカガラスの体積の温度依存性
溶融石英ガラス
III型合成シリカガラス
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
ガラス転移
一般のガラス,高分子
一般のガラス,高分子
ガラス転移温度 ― 冷却速度に依存
シリカガラスのガラス転移 ― 光散乱により観測
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
熱膨張の温度依存性
低温域 に体積の極小値
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
シリカガラス冷却過程の光散乱強度
ED-H
ES
K. Saito and A. J. Ikushima, J. Appl. Phys. 81, 3504 (1997)
仮想温度およびガラス転移温度の冷却速度依存性
仮想温度
ガラスの構造
高温の状態が凍結
仮想温度 (Fictive Temperature) TF
= 構造が凍結されたと考えられる温度
密度の仮想温度依存性
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
各種物理量の仮想温度依存性
サンプル薄片を温度TFで熱処理
水中落下により急冷
薄手試料に限定
< 1mm
物理量測定
TFの間接測定
ラマン, 赤外分光
シリカガラスのラマンスペクトルと平面環構造
⇔ D2
Si
○ O
●
⇔ D1
F. L. Galeener, J. Non-Cryst. Solids, 71, 373 (1985)
無水および有水合成シリカガラスのD2帯面積強度の熱処理時間依存性
F. L. Galeener, J. Non-Cryst. Solids, 71, 373 (1985)
ラマンバンドD1,D2 の面積強度の仮想温度依存性
F. L. Galeener, J. Non-Cryst. Solids, 71, 373 (1985)
ラマンピーク位置の仮想温度依存性
F. L. Galeener, J. Non-Cryst. Solids, 71, 373 (1985)
赤外反射および吸収スペクトル
⇒ 表面付近の情報
1122 cm-1 ピーク
← Si-O-Si結合の非対称振動
モード
⇒ バルクの情報
2260 cm-1 ピーク
← 1122 cm-1 ピークの倍音
A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa,
J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1995)
参考: 1160 cm-1反射ピーク位置とSi-O-Si結合角との関係
2
2
2 
 a
  cos 
 sin
m
2
2
  1.362  0.978 ref
ref : 反射スペクトルから得られたピーク位置
 : Kramers-Krönigの関係式から得られたピーク位置
 : Si-O-Si結合角
m=
a =
 =
 =
2.676×10-26 kg : 酸素原子の質量
5.305×10-12 s/cm
600 N/m
100 N/m
A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa,
J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1985)
赤外反射および吸収ピーク位置の仮想温度依存性
A. Agarwal, K. M. Davis, and M. Tomozawa,
J. Non-Cryst. Solids, 185, 191 (1985)
赤外ピーク位置の熱処理時間依存性
A. Agarwal, K. M. Davis, and M.
Tomozawa, J. Non-Cryst. Solids,
185, 191 (1985)
2260 cm-1 赤外吸収ピークの緩和曲線
斉藤 和也,垣内田 洋,生嶋 明,「非晶質シリカ材料応用ハンドブック」,リアライズ社 (1999) p. 360
各種物理量の仮想温度依存性
密度の仮想温度依存性
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
シリカガラスの線膨張曲線
低温度
負の線膨張
仮想温度の違い
体積に極小値
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
線膨張曲線の低温極小温度の仮想温度依存性
溶融
III型合成
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
線膨張係数の仮想温度依存性
溶融
III型合成
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
各種シリカガラスの温度-粘度曲線の仮想温度依存性
I 型溶融石英ガラス
1.
2.
3.
4.
5.
1000 ゚C
1100 ゚C
1200 ゚C
1300 ゚C
1400 ゚C
II 型溶融石英ガラス
1.
2.
3.
4.
5.
1000 ゚C
1100 ゚C
1200 ゚C
1300 ゚C
1400 ゚C
III 型合成シリカガラス
1.
2.
3.
4.
5.
900 ゚C
1000 ゚C
1100 ゚C
1200 ゚C
1250 ゚C
6.
1400 ゚C
G. Hetherington, K. H. Jack, and J. C. Kennedy, Phys. Chem. Glasses 5, 130 (1964)
屈折率の仮想温度依存性
R. Brückner, J. Non-Cryst. Solids, 5, 123 (1970)
レイリー散乱強度の仮想温度依存性
S. Sakaguchi, J. Non-Cryst. Solids, 220, 178 (1997)
ダウンロード

4. シリカガラスの熱的性質 II (仮想温度