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論文

Laser heating induced spatial homogenization of phase separated Na$$_{2}$$O-B$$_{2}$$O$$_{3}$$-SiO$$_{2}$$ glass plate with bearing NiO for heat center and structural probe

富田 夏奈*; 岸 哲生*; 松村 大樹; 矢野 哲司*

Journal of Non-Crystalline Solids, 597, p.121891_1 - 121891_10, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2022.121891
 被引用回数：1 パーセンタイル：14.66(Materials Science, Ceramics)

Na$$_{2}$$O-B$$_{2}$$O$$_{3}$$-SiO$$_{2}$$ glass plate phase separated in spinodal was partially remelted and homogenized by laser heating. As heat generation source, 0.8 mol% NiO was added to absorb continuous-wave laser with $$lambda$$=1064 nm. After acid leaching, borate phase with NiO was remaining partially in laser irradiated area. X-ray Absorption Fine Structure (XAFS) spectra revealed that Ni$$^{2+}$$ in laser irradiated area showed coordination change from 6 coordinated octahedral to 5 coordinated in square pyramid along with apparent color change from green to brown. Similar change was observed in water-quenched specimen from 1000$$^{circ}$$C. Ni$$^{2+}$$ transition gave additional structural information in phase separate / homogeneous glass, which was difficult to be distinguished by spectroscopy which focuses on covalent bonding of glass network.

論文

Nanoscopic structure of borosilicate glass with additives for nuclear waste vitrification

元川 竜平; 金子 耕士; 大場 洋次郎; 永井 崇之; 岡本 芳浩; 小林 大志*; 熊田 高之; Heller, W. T.*

Journal of Non-Crystalline Solids, 578, p.121352_1 - 121352_7, 2022/02

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121352
 被引用回数：3 パーセンタイル：22.84(Materials Science, Ceramics)

We investigated the nanoscopic structure of borosilicate glasses as a host for high-level radioactive liquid waste (HLLW) in the presence of the additives Na$$_{2}$$O and CaO/ZnO with and without Li$$_{2}$$O. These additives have been practically used to lower the glass melting point, suppress the macroscopic phase separation, and increase the chemical durability of glasses. Small-angle neutron scattering was used to elucidate the effect of the additives on the nanoscopic structure along with macro- and atomic-scale observations obtained using neutron imaging and X-ray diffraction, respectively. The borosilicate glass formed a microphase-separated structure of SiO$$_{2}$$- and B$$_{2}$$O$$_{3}$$-rich domains approximately 100 nm in size in the absence of Na$$_{2}$$O, even in a structure homogeneous on a millimeter scale, and the domain spacing decreased with increasing Na$$_{2}$$O content rate. The CaO/ZnO additives induced inhomogeneities, such as void structures several nanometers in size, although the inhomogeneity was suppressed by the coaddition of Li$$_{2}$$O. These results provide insights into the performance of host glasses for HLLW vitrification; incorporating HLLW into glasses is likely to cause changes in the nanoscopic structure of host glasses similar to those revealed here.

論文

Quantitative hydrogen state analysis in the leached layer of soda-lime-silica glass by combination of nuclear reaction analysis and C$$_{60}$$-X-ray photoelectron spectroscopy

末原 道教*; 山本 雄一*; 小倉 正平*; 福谷 克之

Journal of Non-Crystalline Solids, 574, p.121160_1 - 121160_4, 2021/12

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2021.121160
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Materials Science, Ceramics)

The effects of acid treatment on the surface layer of soda-lime-silica glasses were investigated by nuclear reaction analysis (NRA) and C$$_{60}$$-X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in a depth-resolved manner. As the time of treatment with HCl increased, the amount of H increased and was distributed in a region at a depth of almost 150 nm. In the near-surface region, however, the damage due to $$^{15}$$N$$^{2+}$$ beam irradiation for conducting the NRA was found to be substantial as observed by the fast decay of signal intensity with increasing ion dose. The depletion of sodium, magnesium, and calcium in the surface layer was examined by C$$_{60}$$-XPS. Sodium was depleted at a depth of 150 nm by the acid treatment, but the depletion of magnesium and calcium occurred at a depth within approximately 30 nm. Assuming the ion exchange reaction between the alkaline and alkaline earth elements with H$$_{3}$$O$$^{+}$$, the Si-OH concentration profile was evaluated from the depletion profiles of sodium, magnesium, and calcium. From the difference between the Si-OH profile and H distribution obtained by NRA, the H$$_{2}$$O/Si-OH ratio in the leached layer was estimated at 1.3.

論文

XAFS analysis of ruthenium in simulated iron phosphate radioactive waste glass

岡本 芳浩; 小林 秀和; 塩飽 秀啓; 捧 賢一; 畠山 清司*; 永井 崇之

Journal of Non-Crystalline Solids, 551, p.120393_1 - 120393_8, 2021/01

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.120393
 被引用回数：5 パーセンタイル：30.89(Materials Science, Ceramics)

模擬廃液を含有した鉄リン酸ガラス試料におけるルテニウムの化学状態を、X線吸収微細構造(XAFS)およびイメージングXAFSによって調べた。EXAFS分析の結果、30mol%Fe$$_{2}$$O$$_{3}$$-P$$_{2}$$O$$_{5}$$ベースガラスに、廃棄物成分が10wt.%以下の場合では、ルテニウムがガラス相に含まれることを示唆された。他の試料では、ルテニウムは、主に結晶性RuO$$_{2}$$として存在することが確認された。イメージングXAFS分析からは、RuO$$_{2}$$の析出が確認されたが、全ての試料において、大きさ50$$mu$$m以下の小さいものであった。ホウケイ酸ガラス系で観察されるような、RuO$$_{2}$$の凝集体は、本研究における鉄リン酸ガラス試料では確認されなかった。

論文

Structural significance of nickel sites in aluminosilicate glasses

門 力也*; 岸 哲生*; Lelong, G.*; Galoisy, L.*; 松村 大樹; Calas, G.*; 矢野 哲司*

Journal of Non-Crystalline Solids, 539, p.120070_1 - 120070_8, 2020/07

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.120070
 被引用回数：5 パーセンタイル：28.65(Materials Science, Ceramics)

We use Ni ions as a structural probe to investigate the influence of modifier cations on the structure of aluminosilicate glasses. The color of these glasses varies with the nature of the cations present in glass. Structural origin of this change is investigated by optical absorption and X-ray absorption spectroscopies. Our results reveal pronounced changes in Ni coordination. Tetrahedra Ni$$^{2+}$$ ins present in all these glasses and Ni$$^{2+}$$ in 5-fold coordination site also appears. There is a weak contribution from octahedral Ni$$^{2+}$$. The concentration of tetrahedral Ni$$^{2+}$$ deduced from the optical absorption spectroscopy increases with decreasing cation field strength, explaining the variation of color from yellow and brown to purple. This is in line with X-ray absorption spectroscopy data. Cation-oxygen distances and site symmetry indicate a similar structural behavior of Mg$$^{2+}$$ and Ni$$^{2+}$$, being a good structural probe to Mg.

論文

Neutron scattering studies of static and dynamic correlation lengths in alkali metal borate glasses

小島 誠治*; Novikov, V. N.*; 古府 麻衣子; 山室 修*

Journal of Non-Crystalline Solids, 518, p.18 - 23, 2019/08

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2019.05.005
 被引用回数：6 パーセンタイル：29.81(Materials Science, Ceramics)

This paper reports the variation in the first sharp diffraction peak (FSDP) and the boson peak (BP) of lithium and cesium borate glasses xM$$_{2}$$O-(1-x)B$$_{2}$$O$$_{3}$$ (M = Li, Cs, x = 0.08, 0.14, 0.22) investigated by elastic and inelastic neutron scattering. The different content dependences between lithium and cesium borate glasses are discussed based on the different modifications of the boron-oxide network structure by the small Li and large Cs ions. The static characteristic correlation lengths R$$_{fsdp}$$ were determined from the width of the FSDP of the static structure factor $$S(Q)$$. The dynamic characteristic correlation lengths R$$_{bp}$$ were determined from the BP energy of the dynamic structure factor $$S(E)$$. They are close in absolute value (about 2 nm). With increasing x, R$$_{fsdp}$$ increases, while R$$_{bp}$$ gradually decreases with the different rate in the lithium and cesium glasses. However, their ratio, R$$_{fsdp}$$/R$$_{bp}$$ increases with the content of the metal in both the lithium and cesium glasses at the same rate. The decrease in the amplitude of elastic fluctuations with the increasing x due to the increase in fragility with the increasing x might restore the correlation between R$$_{fsdp}$$ and R$$_{bp}$$ in the lithium borate glasses, and this tendency may be the same for the cesium borate glasses.

論文

Local structure of room-temperature superionic Ag-GeSe$$_3$$ glasses

Stellhorn, J. R.*; 細川 伸也*; 川北 至信; Gies, D.*; Pilgrim, W.-C.*; 林 好一*; 大山 研司*; Blanc, N.*; Boudet, N.*

Journal of Non-Crystalline Solids, 431, p.68 - 71, 2016/01

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2015.02.027
 被引用回数：6 パーセンタイル：30.51(Materials Science, Ceramics)

Anomalous X-ray scattering experiments on amorphous Ag$$_{0.5}$$(GeSe$$_{3}$$)$$_{0.5}$$ at the K absorption edges of each constituent element has been performed to investigate the local- and intermediate-range structure in this material. This method can provide insight into the structural properties enabling the effect of superionic conductivity in the amorphous phase. The experimental results were analyzed with reverse Monte Carlo modeling, providing the partial structure factors and the corresponding partial pair-distribution functions. A nanometer range phase separation tendency of the Ag atoms over a background of a GeSe$$_4$$ tetrahedral network is observed, which may confirm the view of Ag conduction pathways forming in this phase.

論文

Reversible changes in temperature dependence of electric conductivity of hydrogenated amorphous silicon caused by proton irradiation

佐藤 真一郎; 大島 武

Journal of Non-Crystalline Solids, 392-393, p.11 - 18, 2014/06

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2014.03.026

水素化アモルファスシリコン薄膜の電気伝導度および光伝導度の陽子線照射による温度依存性の変化を調べることで、照射により電気伝導メカニズムが変化することを明らかにした。具体的には、高フルエンス照射によって温度依存性は劇的に変化し、バンド伝導からフェルミ準位付近の局在準位を介してキャリアが伝播するホッピング伝導へと変化する。一方、照射により発生したホッピング伝導は室温以上に昇温することで消失し、再びバンド伝導に戻ることが判明した。これら一連の変化は照射により局在準位が劇的に増加したこと、室温においてもこの準位が消失することによって発生すると結論できた。

論文

Temporal electric conductivity variations of hydrogenated amorphous silicon due to high energy protons

佐藤 真一郎; 齋 均*; 大島 武; 今泉 充*; 島崎 一紀*; 近藤 道雄*

Journal of Non-Crystalline Solids, 358(17), p.2039 - 2043, 2012/09

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2011.12.111
 被引用回数：5 パーセンタイル：31.14(Materials Science, Ceramics)

非ドープ, n型, p型水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)薄膜に陽子線照射した時の光伝導度及び暗伝導度の変化について系統的に調べた。非ドープa-Si:Hは照射とともに一旦光伝導度や暗伝導度は上昇したが、さらに照射を続けると減少に転じた。ただしこの伝導度の上昇は準安定なものであり、時間とともに減衰してくことも明らかとなった。同様の結果がn型a-Si:Hに対しても得られたが、p型a-Si:Hについては単調な減少が観察された。非ドープ及びn型a-Si:Hにおいて観察される光伝導度及び暗伝導度の上昇はドナー中心の生成に起因していること、また高照射量域で見られる減少は、照射欠陥によって作られる深い準位のキャリア捕獲中心やキャリア補償効果に起因していることが明らかとなった。

論文

Proton-induced photoconductivity increment and the thermal stability of a-Si:H thin film

佐藤 真一郎; 齋 均*; 大島 武; 今泉 充*; 島崎 一紀*; 近藤 道雄*

Journal of Non-Crystalline Solids, 356(41-42), p.2114 - 2119, 2010/09

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.07.018
 被引用回数：13 パーセンタイル：57.27(Materials Science, Ceramics)

デバイスグレードの水素化アモルファスシリコン薄膜の、0.1, 1.0, 10MeV陽子線照射による光伝導度及び暗伝導度の変化を調べたところ、いずれの陽子線においても、照射とともに光伝導度は一旦上昇し、その後減少へと転じた。この結果は、光伝導度の変化がはじき出し損傷の蓄積によって起こるものではないことを示唆している。また、10MeV陽子線照射に伴う光伝導度の温度依存性の変化について調べたところ、光伝導度の上昇は、熱的に安定な成分と不安定な成分の2つからなることが判明した。このうち、熱的に不安定な成分は300Kから340Kの間で消失するが、340K以上では照射欠陥の熱回復効果が現れることも明らかとなった。

論文

Estimation of inter-atomic force constants and phonon dispersion using correlation effects among thermal displacement of atoms in Ge

佐久間 隆*; Mohapatra, S. R.*; 磯崎 信宏*; 上原 寛之*; Xianglian*; Basar, K.*; 高橋 東之*; 神嶋 修*; 井川 直樹

Journal of Non-Crystalline Solids, 357(2), p.559 - 562, 2010/01

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2010.06.054
 被引用回数：2 パーセンタイル：16.59(Materials Science, Ceramics)

Geの中性子散漫散乱実験を行い、Ge中の第1,第2及び第3近接原子間の力定数を相関効果とDebye-Waller温度因子から評価した。その結果、80Kにおける第1,第2及び第3近接原子間の力定数は各々363eV/nm$$^{2}$$, 232eV/nm$$^{2}$$及び200eV/nm$$^{2}$$と求めることができた。

論文

High-temperature XAFS study of solid and molten SrCl$$_2$$

岡本 芳浩; 矢板 毅; 湊 和生

Journal of Non-Crystalline Solids, 333(2), p.182 - 186, 2004/02

https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2003.09.059
 被引用回数：11 パーセンタイル：68.51(Materials Science, Ceramics)

塩化ストロンチウムの高温固体及び融体の放射光XAFS測定を行い、その局所構造の変化を調べた。融点より低い温度で超イオン伝導状態の測定を行い、1000$$^{circ}$$Cで融体の測定を実施した。融体のXAFSデータのカーブフィッティング解析の結果、最近接のSr$$^{2+}$$-Cl$$^-$$距離及び配位数は、2.99$AA $及び6.6であることがわかった。分子動力学計算からXAFS関数を計算し、実験データと比較を試みた。

論文

The Spectrum and laser properties of ytterbium doped phosphate glass at low temperature

Dai, S.*; 杉山 僚; Hu, L.*; Liu, Z.*; Huang, G.*; Jiang, Z.*

Journal of Non-Crystalline Solids, 311(2), p.138 - 144, 2002/11

https://doi.org/10.1016/S0022-3093(02)01365-0

Yb$$^{3+}$$をドープしたリン酸ガラスを作成し,低温での分光及びレーザー発振特性について評価を行なった。作成したガラスは、モル%でP$$_{2}$$O$$_{5}$$:60-65,B$$_{2}$$O$$_{3}$$:4-8,Al$$_{2}$$O$$_{3}$$:5-10,K$$_{2}$$O:10-15,BaO:5-10,La$$_{2}$$O$$_{3}$$:0-2,Nb$$_{2}$$O$$_{5}$$:0-2,Yb$$_{2}$$O$$_{3}$$:4-87の範囲で調製を行なった。YB$$^{3+}$$イオンの上準位寿命$$^{2}$$F$$_{5/2}$$からの蛍光寿命について、クライオスタットを用いて温度を変えながら測定を行なった。これと併せて,発振波長940nmのレーザーダイオード励起によるガラスレーザーの発振特性を異なる温度で測定した。この結果,スロープ効率4%,最高出力2mWが温度8K,発振波長1001nmにおいて有益な知見が得られた。

論文

XAFS study of molten zinc dibromide

岡本 芳浩; 福島 和子*; 岩舘 泰彦*

Journal of Non-Crystalline Solids, 312(314), p.450 - 453, 2002/10

溶融臭化亜鉛の構造を、Zn及びBr双方のXAFSを測定することによって調べた。解析から、融体中で(ZnBr$$_4$$)$$^{2-}$$四面体錯体が存在し、Brイオンを共有することで複数の四面体がネットワーク構造を作り上げている可能性があることを示唆する結果が得られた。これは溶融ZnCl$$_{2}$$の構造に良く似ている。得られたXAFSデータを、分子動力学計算とその出力を使用したFEFF計算から再現した。XAFSデータを良好に再現するMD計算では、四面体錯体の存在やネットワーク構造の存在を示す結果が得られた。

論文

In situ observation of a first-order liquid-liquid transition in phosphorus

片山 芳則

Journal of Non-Crystalline Solids, 312-314, p.8 - 14, 2002/10

https://doi.org/10.1016/S0022-3093(02)01641-1
 被引用回数：29 パーセンタイル：83.97(Materials Science, Ceramics)

最近、われわれはSPring-8の原研ビームラインBL14B1を用いた高温高圧X線回折その場観察法によって、液体リンの二つの特徴的な構造の間で急激な圧力誘起構造変化が起こることを世界で初めて見いだした。本講演では、この研究について紹介する。X線回折実験の解析から明らかにされた特徴、すなわち、リンに分子性液体と重合した液体の二つの特徴的な構造があること、その間で急激かつ可逆的な変化が起こること、変化の途中で二つの構造が共存することなどは、この変化が1次の液体-液体相転移であることを強く支持している。さらに、最近のわれわれのX線回折実験による融解曲線の決定と、X線吸収実験による密度測定から、この二つの液体相が実際に大きく異なった密度を持っていることが明らかとなった。また、より高圧では、液体ヒ素の構造に良く似ていることも明らかになった。

論文

Nuclear resonant inelastic scattering of synchrotron radiation by icosahedral quasicrystal i-Al$$_{62}$$Cu$$_{25.5}$$Fe$$_{12.5}$$ and tetragonal crystal $$omega$$-Al$$_{70}$$Cu$$_{20}$$Fe$$_{10}$$

鈴谷 賢太郎; 柴田 薫*; 瀬戸 誠*; 北尾 真司*; 依田 芳卓*; 柏原 泰治*; Tsai, A.*

Journal of Non-Crystalline Solids, 312-314, p.508 - 512, 2002/10

https://doi.org/10.1016/S0022-3093(02)01728-3
 被引用回数：2 パーセンタイル：30.84(Materials Science, Ceramics)

X線と中性子による非弾性散乱では、散乱体がそれぞれ電子と原子核と異なっていることに起因して、フォノン振動状態密度(VDOS)の物質構成原子からの寄与が異なるため、互いに異なったVDOSが得られる。特にX線核共鳴非弾性散乱の場合には、Feなどのメスバウア核からの部分振動状態密度の測定が可能になる。そこでわれわれは、SPring-8での高強度X線を利用した$$^{57}$$Fe核共鳴(14.4keV)散乱と既存の中性子非弾性散乱との組み合わせによって、正20面体準結晶Al-Cu-Fe合金及び近似結晶の部分振動状態密度の導出を試みた。その結果、FeとCuは、異なる部分状態密度を持つ、つまり、それぞれ異なる環境構造を持っていることが明らかになった。これは、「FeとCu原子は遷移金属のサイトにランダムな原子配置をしている」という従来の解釈とは大きく異なっている。さらに詳しい議論を行うには、さらに統計精度を向上させたデータが必要である。

論文

The Structures of alkylimidazolium fluorohydrogenate molten salts studied by high-energy X-ray diffraction

萩原 理加*; 松本 一彦*; 津田 哲哉*; 伊藤 靖彦*; 小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 松本 一*; 宮崎 義憲*

Journal of Non-Crystalline Solids, 312-314, p.414 - 418, 2002/10

https://doi.org/10.1016/S0022-3093(02)01700-3
 被引用回数：32 パーセンタイル：85.82(Materials Science, Ceramics)

あるN-アルキルイミダゾリウム塩化物あるいはN-アルキルイミダゾルと無水フッ化水素(HF)の反応によって、無揮発性の室温型溶融塩を得ることができる。その室温型溶融塩は、XF$$^{.}$$2.3HFであり、ここで X=1-エチル-3-メチルイミダゾリウム (EMI),1-メチルイミダゾリウム (MeIm),1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム (BMI),1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウム (HMI)である。室温での最大の固有導電率では、10mScm$$^{-1}$$という高い値がEMIF$$^{.}$$2.3HFに関して得られている。そこで、これらの各室温型溶融塩についてSPring-8にいて高エネルギーX線回折による構造解析を行った。その結果、溶融塩中にもEMIF$$^{.}$$HF結晶の構造と類似のカチオンとアニオンの規則的な構造が存在することが明らかになった。この規則構造が、これらの室温型溶融塩の低粘性率の原因、ひいては高導電率の構造的な要因と考えられる

論文

X-ray diffraction measurements for expanded fluid Se using synchrotron radiation up to the dense vapor region

乾 雅祝*; Hong, X.*; 松坂 鉄矢*; 石川 大介*; Kazi, M. H.*; 田村 剛三郎*; 舟越 賢一*; 内海 渉

Journal of Non-Crystalline Solids, 312-314, p.274 - 278, 2002/10

https://doi.org/10.1016/S0022-3093(02)01683-6
 被引用回数：2 パーセンタイル：30.84(Materials Science, Ceramics)

超臨界状態のセレンの構造を液体から高密度蒸気領域にいたる広い温度圧力範囲で、放射光によるX線回折測定の手段により測定した。この実験のため、新しい高圧容器が設計され、それによりX線回折データの質が大幅に上昇し、構造因子の精度が増した。測定は半導体-金属転移の起こる800bar, 600-1500$$^{circ}$$C領域をカバーし、また1650$$^{circ}$$C, 300-441barの高密度蒸気の構造因子が初めて決定された。

論文

High-energy X-ray diffraction studies of non-crystalline materials

大野 英雄; 小原 真司*; 梅咲 則正*; 鈴谷 賢太郎

Journal of Non-Crystalline Solids, 293-295, p.125 - 135, 2001/11

https://doi.org/10.1016/S0022-3093(01)00661-5

鉛ケイ酸塩ガラス(PbO-SiO$$_{2}$$)は、広い組成範囲でガラス化するため、高濃度PbOガラス中で、Pb$$^{2+}$$イオンの構造について、これまで多くの研究が行われているがその内容は明らかにされていない。そこで、中性子と高エネルギーX線回折を併用することでPb$$^{2+}$$イオン回りの酸素の環境構造を決定することに成功した。その結果、Pb$$^{2+}$$イオンは、ゆがんだPbO$$_{4}$$ユニットを形成しており、2つの酸素はPb$$^{2+}$$イオンから2.2Åのところに、さらに2つの酸素が2.6Åのところに存在していることが明らかになった。

論文

High-energy X-ray diffraction studies of non-crystalline materials

大野 英雄; 小原 真司*; 梅咲 則正*; 鈴谷 賢太郎

Journal of Non-Crystalline Solids, 293-295, p.125 - 135, 2001/11

https://doi.org/10.1016/S0022-3093(01)00661-5
 被引用回数：23 パーセンタイル：70.56(Materials Science, Ceramics)

溶融塩並びにガラスなどランダム系物質の構造解析を、SPring-8放射光から発生する高エネルギーX線(37.8keV, 61.7keV)を用い行った。SPring-8における高エネルギーX線回析,JRR-3M及び米国アルゴンヌ国立研究所パルス中性子源IPNSを用いた中性子解析、並びに逆モンテカルロ法計算機シミュレーションを併用し、溶融塩並びに各種ガラス構造を総合的に解明したものである。

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