不規則なガラスの構造の中に秩序を見いだす| 岡山大学准教授紅野安彦先生

岡山大学工学部化学・生命系准教授紅野安彦先生

不規則なガラスの構造の中に秩序を見いだす

岡山大学
工学部化学・生命系

准教授紅野安彦先生

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30分のミニ講義を聴講しよう！不規則なガラスの構造の中に秩序を見いだす

身近に使われるガラス製品……原子やイオンが不規則に並んでいる固体材料ですが、まったくの無秩序というわけではありません。ガラスの構造の中に潜む規則性を明らかにしていけば、ガラス材料の応用や新しい物質の創造にもつながっていきます。

先生からのメッセージ

私が、新しい構造や機能を持った無機材料を作るという研究分野を選ぶようになったきっかけは、大きく2つあります。1つ目は大学受験の時に、化学系の学科を選択したことです。2つ目は、卒業研究の時に無機材料の研究室を選択したことです。その時々で最も興味のあることを選択しているのは確かで、興味のあることをとことん追究することは大切だと思います。あなたも若い時に持っている幅広い興味を狭めることがないように、いろいろな分野で興味を持ち続けてほしいと思います。

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原子やイオンが不規則に並んでいる固体がガラスガラスとは何でしょう。窓ガラスのようなものだけが「ガラス」ではないのです。構成している原子やイオンが不規則に並んでいる固体をガラスと呼んでいます。その点が金属などほかの固体と違います。しかし、不規則といってもまったくの無秩序というわけではありません。そこには何らかの規則性も存在しています。ガラスの規則性を明らかにしていけば、不規則なガラスがなぜ固体として安定しているのかという理由も明らかになっていくはずです。そうなれば、ガラスの構造への理解が深まり、ガラスの応用や新しい物質の創造にもつながっていきます。 X線や中性子線を照射して構造を予測ガラスの構造を調べるには、X線や中性子線をガラスに照射します。これらの放射線が物質に照射されると、一部は当たって散乱します。X線は物質中の電子に反応し、中性子は原子核に当たって散乱しますので、方向と強度を測定し、それらのパターンを解析することで、原子がどのような不規則な配列になっているのかがわかります。このほかにも、ガラスに含まれる原子やイオンの構造を測定する方法があります。これらの情報を総合し解析することで、ガラスの構造を予測することができます。放射性物質を長期間安定してガラスに閉じ込めるこの研究の応用として、ある放射性物質をガラスに閉じ込めて、地下深く埋めるという計画があります。この放射性物質は融点が低いため、500度という低い温度で閉じ込める必要があります。その条件に合っているのが、酸化鉛とホウ酸を主な成分とするガラスです。このガラスには、放射性物質が減衰し終わるまでの長期間、壊れずに安定した状態を保たせる必要があります。また、地下水などに放射性物質が溶け出さないような構造にする必要もあります。ガラスの構造の理解がこれを可能にするはずです。