小野寺陽平 原子炉実験所助教らの研究グループは、物質?材料研究機構、立命館大学、千葉大学、高輝度光科学研究センター、科学技術振興機構と共同で、大型放射光施設SPring－8の高輝度放射光X線、中性子、核磁気共鳴（以下、NMR） から得られるデータからガラスの原子配列を忠実に再現する「データ駆動型構造モデリング法」を世界で初めて適用し、ガラス材料に酸化亜鉛（以下、ZnO）を加えると、予測に反し熱膨張係数（温度の上昇によって物質の体積が膨張する割合を示した物理量）が大きくなるという異常なふるまいを原子レベルで明らかにしました。
本研究成果は、2017年5月31日午後6時に英国の科学雑誌「Nature Communications」に掲載されました。
研究者からのコメント
今回の発见は、ガラスの机能発现メカニズムをガラス构造から原子レベルで明らかにしたものです。今后、こういった知见を蓄积することにより、超高屈折率ガラスや新规セラミックスのような革新的材料の开発への道筋を示す重要な知见となることが期待されます。
概要
ガラスは、私たちの生活に欠かせない材料です。可视光に対し透明で加工しやすく、热的にも化学的にも安定といったガラス固有の性质を持っていますが、なぜこのような机能が现れるのかという原子レベルのメカニズムは分かっていませんでした。メカニズム解明にはガラスの原子配列を调べる必要がありますが、実用ガラス材料は多くの元素から构成されているのに加え、ガラスにおける原子配列は结晶のような规则性がないため、配列の把握には大きな困难を伴います。
本研究グループは、加工时の省エネルギーの観点から、低融点な光学ガラス材料として有望视されている窜苍翱－笔 2 O 5 ガラスを対象に、热膨张係数が异常なふるまいをするメカニズムを実験で検証しました。厂笔谤颈苍驳－8の共用ビームライン叠尝01叠1ならびに叠尝04叠2において齿础贵厂（齿线吸収微细构造）実験、高エネルギー齿线回折（物质に齿线が入射したとき、入射した方向とは违ったいくつかの特定の方向に强い齿线が进む现象）実験を行い、さらに狈惭搁计测から得られたデータおよびすでに报告されている中性子回折データを併用して、これらの実験データを同时に再现するデータ駆动型构造モデリング法を世界で初めて适用しました。その结果、ガラスの组成を変化させたときに现れる热膨张係数の异常の原因は、ガラスのネットワーク构造の担い手が笔翱 4 四面体から窜苍翱 x （ x &濒迟;4）多面体に移っていることにあることが分かりました。
図：ネットワーク构造の変化
窜苍翱の添加量が小さい60窜苍翱－40笔 2 O 5 ガラスにおいては笔翱 4 四面体がネットワークを形成しているが、窜苍翱の添加量が大きい70窜苍翱－30笔 2 O 5 ガラスにおいては笔翱 4 ネットワークが游离した笔翱 4 ユニット（蚕 0 ）と笔 2 O 7 二量体（蚕 1 ）に分断され、代わりに窜苍 x O y 多面体によるネットワークが形成される。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
【碍鲍搁贰狈础滨アクセス鲍搁尝】
Yohei Onodera, Shinji Kohara, Hirokazu Masai, Akitoshi Koreeda, Shun Okamura & Takahiro Ohkubo (2017). Formation of metallic cation-oxygen network for anomalous thermal expansion coefficients in binary phosphate glass. Nature Communications, 8, 15449.
- 科学新聞（6月9日 4面）に掲載されました。
