シリカガラスのバルク，表面及び融着界面の構造.pptVIP

シリカガラスの構造，性質 シリカガラスの体積の温度依存性 密度の仮想温度依存性 シリカガラス表面付近の密度，欠陥構造 本研究の目的 ポテンシャル 電化平衡法 シミュレーション方法 解析方法 表面付近の密度，電荷分布 表面付近のRDF，配位数 表面付近の結合角分布 融着界面付近の密度，電荷分布 融着界面付近のRDF 融着界面付近の配位数 融着界面付近の結合角分布 欠陥構造 まとめ 　融着温度を500 Kから3000 Kまで500 Kずつ温度を変えて融着界面付近の密度分布を求めた。いずれも，大きな違いは見られなかった。界面付近の密度は表面付近の密度と同様，バルクに比べて小さい値をとった。 　電荷に関してはSiの電荷は界面付近では値が小さくなる。一方， Oの電荷は界面付近では全体としてほぼ一定の値を保っている。これは，電荷の偏りがおもにSi原子の間で生じていることを表している。 * 分子化学講座 応用物理学専攻 永井建 シリカガラスのバルク，表面及び融着界面の構造 SiO4正四面体構造がOを共有し 3次元的網目構造を形成している 性質 不純物が極めて少ない 熱に強い 優れた光学特性 耐薬品性に優れている 構造 Si Si O O O O O O O R.Brückner, J.Non-Cryst.Solids 5, 123　(1970) 一般的なガラスの体積の温度依存性 シリカガラスの体積の温度依存性 R.Brückner, J.Non-Cryst.Solids 5, 123　(1970) 仮想温度 ガラス構造が凍結された温度 ＝ 熱履歴に強く依存 欠陥構造 ? NBOHC SiO4の一つのOが共有 結合していない構造 ? E′センター SiO4のOが一つ抜けて SiO3となる構造 ◎シリカガラスの表面についての研究はすでに行われて 　　いるが表面と表面をつなげ熱処理した融着界面に 　　対しての研究は数少ない　　　　　　　　　　　　　 ◎シリカガラスの融着界面は屈折率が粒子内部と異なる ◎欠陥構造により紫外線領域に吸収帯が生じる MDシミュレーションによるシリカガラスの表面及び融着界面の構造解析 ? D (J) β(?-1) r* (?) Si-O 3.1958×10－19 2.7254 1.6148 Si-Si 2.0538×10－21 1.71743 3.4103 O-O 3.7261×10－21 1.37583 3.7835 クーロン力 共有結合の効果　(Morse項) ? a b JOO 6.93501 3.07951 JSiSi 38.1721 3.22006 JSiO 20.4747 3.26564 融着界面 表面 バルク 基本セル レプリカ z y x 1st layer 2nd layer 3rd layer ： ： ： 3st layer 2nd layer 1rd layer 1.5? ： ： ： ： O原子 Si原子 E′センター NBOHC 菱形構造 シリカガラスの表面及び融着界面の構造 分子動力学シミュレーション 表面： 欠陥構造（Si（O2）Si菱形構造，NBOHC, E′センター） 融着界面： T＜3000 K　 欠陥構造（Si（O2）Si菱形構造，NBOHC, E′センター） T3000 K 欠陥構造は消滅，しかし密度は減少 温度を上げてのシミュレーション 今後の課題 まず最初にシリカガラスの構造及び性質について説明します。 構造としてはこの図に示すようにSiO4正四面体がOを共有して３次元的網目構造を形成しています。 性質としては不純物が極めて少ない，熱に強い，優れた光学特性，耐薬品性に優れていると言ったようなことがあげられます。 このような性質以外にシリカガラス特有の特異性があります。 特異性として二つあげておきます。 一つ目は体積の温度依存性です。 一般的なガラスではこの図に示すように温度の上昇とともにガラス転移点で熱膨張率は変化しますが常に体積は増加しています。 一方シリカガラスではこの図に示すように温度の上昇とともにある温度を過ぎると体積は減少します。さらに加熱すると再び体積は膨張します。このように極大値，極小値をもつ体積の温度依存性はシリカガラス特有のものです。 特異性の二つ目として密度の仮想温度依存性が挙げられます。 高温のガラスを急冷したことにより，ガラス構造が凍結された温度を仮想温度と呼びます。この図は，Brücknerにより報告されたシリカシリカガラスの仮想温度依存性です。密度は，仮想温度の上昇とともに増大し，1450～1500℃付近で極大値をとります。このようなシリカガラス特有密度の仮想温度依存性は，ど