入舩センター長らが透明ナノセラミックスの合成に成功

合成された透明ナノ多結晶ガーネット(左上は「ヒメダイヤ」)

合成された透明ナノ多結晶ガーネット(左上は「ヒメダイヤ」)

 酸化物などの微細な結晶を焼き固めたセラミックスは、古くから陶器やレンガ・瓦など様々な利用がされてきました。通常のセラミックスは不透明ですが、近年光の散乱・吸収源となる空孔や不純物のないセラミックスが開発され、「透明セラミックス」として、レーザーや光学レンズなどに応用されています。

 従来の透明セラミックスは、通常1ミクロン(1000分の1ミリ)~100ミクロン程度の結晶の粉末を大気圧下で焼き固めた(焼結)ものですが、結晶のサイズをこれより更に小さくして、0.1ミクロン(100ナノメートル)以下の「ナノサイズ」にすると、セラミックスの透明性が向上するとともに、硬さも増す「透明ナノセラミックス」ができるのではないかと予想されていました。

 GRCの入舩教授らのグループは、通常の焼結法と比べてはるかに高い10万気圧以上の超高圧と、1400℃程度の温度を加えることにより、透明ナノセラミックスの一種である「透明ナノ多結晶ガーネット」の合成に成功しました。得られたナノ多結晶ガーネットは、30ナノメートル程度の超微細結晶からなり、宝石などに使われる単結晶ガーネットと同程度の透光性とともに、単結晶に比べて約30%高い硬度を有することも明らかになりました。

記者説明会にて(右:入舩徹男GRCセンタ―長、左:大藤弘明GRC教授)

記者説明会にて(右:入舩徹男GRCセンタ―長、左:大藤弘明GRC教授)

 入舩教授らは2003年に超高硬度ナノ多結晶ダイヤモンド(ヒメダイヤ)の開発に成功し、製品化されるとともに、現在では世界の多くの研究室で様々な研究に利用されています。この手法を発展させて今回開発された超高圧合成法により、今後更に新しい透明ナノセラミックスの開発と、そのレーザーや光学素子などへの応用が期待されます。
この研究成果は、イギリスネイチャー出版のオンラインジャーナルNature Communications誌の12月7日号において公開されました。

【発表論文】
Tetsuo Irifune, Koji Kawakami, Takeshi Arimoto, Hiroaki Ohfuji, Takehiro Kunimoto, Toru Shinmei, Pressure-induced nano-crystallization of silicate garnets from glass, Nature Communications, doi: 10.1038/NCOMMS13753, 2016.

【参考HP】
論文HP http://www.nature.com/articles/ncomms13753
Nature Communications http://www.nature.com/ncomms/

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