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X-ray and neutron study on the structure of hydrous SiO$$_{2}$$ glass up to 10 GPa

含水SiO$$_{2}$$ガラスの構造の10GPaまでのX線および中性子研究

浦川 啓*; 井上 徹*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 小原 真司*; 若林 大佑*; 佐藤 友子*; 船守 展正*; 舟越 賢一*

Urakawa, Satoru*; Inoue, Toru*; Hattori, Takanori; Sano, Asami; Kohara, Shinji*; Wakabayashi, Daisuke*; Sato, Tomoko*; Funamori, Nobumasa*; Funakoshi, Kenichi*

含水SiO$$_{2}$$ガラスの構造は、酸化物ガラスやマグマの物理化学的性質に対する水の影響を調べるために基礎的な情報である。D$$_{2}$$Oを13重量%濃度含む含水SiO$$_{2}$$ガラスを、高温高圧下で合成し、その構造を小角X線散乱、X線回折、中性子回折により、室温10GPaまでの範囲で調べた。この含水ガラスはSiO$$_{2}$$が卓越した主成分とD$$_{2}$$Oが卓越した少量の成分に相分離していることが分かった。またその中距離構造は、含水化でSi-OH水酸基ができたことによりSiO$$_{4}$$連結が壊れ、無水のガラスより縮んでいた。その一方で、高圧下での挙動に違いは見られなかった。また、多くのD$$_{2}$$O分子は、小さな領域にかたまっており、その主成分であるSiO$$_{2}$$ガラス相へは侵入していないと思われる。

The structure of hydrous amorphous SiO$$_{2}$$ is fundamental to investigate the effects of water on the physicochemical properties of oxide glasses and magma. The hydrous SiO$$_{2}$$ glass with 13 wt.% D$$_{2}$$O was synthesized under high-pressure and high-temperature conditions and its structure was investigated by small angle X-ray scattering, X-ray diffraction, and neutron diffraction experiments at pressures of up to 10 GPa and room temperature. This hydrous glass is separated into a SiO$$_{2}$$ rich major phase and a D$$_{2}$$O rich minor phase. Medium-range order of the hydrous glass shrinks compared to the anhydrous SiO$$_{2}$$ glass due to disruption of SiO$$_{4}$$ linkage by formation of Si-OD deuterioxyl, while the pressure response is similar. Most of D$$_{2}$$O molecules are in the small domains and hardly penetrate into SiO$$_{2}$$ major phase.

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