ガラスナノセラミック

光の波長に対する結晶子の大きさによって、ガラスセラミックスは透明（例えばナノスケールの結晶子）または不透明（例えばマイクロスケールの結晶子）に設計することができる。

どのような素材システムであれ、それを補強するとなれば、本質的な設計の手がかりを自然に求めなければならない。

自然は常に、あらゆる反応や事象が起こるのに必要なエネルギーを下げようとする。このことを念頭に置けば、この効果を利用して、あるプロセスが開始・伝播しにくくすることも可能である。ガラスで言えば、クラックの形成と伝播である。材料に荷重が加わると、材料に大きなエネルギーが与えられ、材料がこのエネルギーに反応しなければならない状況が生じます。弾性限界を超えると、ガラスやセラミックのような脆性材料は通常、クラックの形成などによる新しい表面の形成を通じてこのエネルギーを消散させる。

ガラスナノセラミックは、ガラスの破壊靭性を高めるために、さまざまな有益な特性を提供します。超微細でよく分散したナノ結晶の物理的な存在は、亀裂の伝播を阻止する役割を果たします。これは、伝播中の亀裂がナノ結晶の界面に遭遇するたびに、亀裂は伝播方向を変えてナノ結晶の周りを移動するか、結晶相自体を通して新しい亀裂を開始する必要があるためです。

しかし、ナノ結晶が結晶格子内の粒界の形成さえ制限するほど小さい場合、欠陥サイトの可能性はさらに制限されます。物事の自然なプロセスに対するそのようなフラストレーションは、非常に大きなエネルギー障壁を生み出し、亀裂伝播の経路の形成はエネルギー的に不利なシナリオにつながり、破壊は制限されるか、完全に禁止されます。

軽量化と高強度化

ガラスに注入されたナノセラミック結晶（ガラスナノセラミック）の周囲および内部での亀裂の伝播を大幅に制限するには、以下の基本事項が不可欠です。

• ガラスマトリックス内のナノセラミック結晶の均一かつ高密度な分散が重要です

• ナノセラミック結晶は、結晶内部の粒界形成を最小限に抑えるか防止するために、20 nm よりはるかに小さいサイズにする必要があります

• ナノセラミック結晶の組成は、ガラスに化学的、光学的、電気的特性などの多様な機能を与え、耐久性の獲得と維持に役立つ必要があります

ガラス-ナノセラミックマトリックスナノコンポジットの調製中に遭遇する主要な課題は、そこにナノ結晶の均一な分散を達成する能力である。 重荷重で使用される特に大きなナノ粒子（しばしば30nmを超えるサイズ）のマイクロメートルサイズの塊の凝集は、ガラスの熱的および機械的特性に悪影響を発生させる傾向があり、より少ない数の強化粒子が他の領域に存在し、凝集体が欠陥中心として作用する可能性があるため、ガラス複合材料の構造破壊につながる亀裂の起点として作用する可能性がある。

ナノセラミック粒子サイズの制御が重要

ナノセラミックの粒径を20nm以下にすることで、粒界に積み重なる転位の数に影響を与え、ナノセラミックの降伏強度、すなわち変形が始まる前にナノセラミック結晶が許容する最大応力を高めることができる。

これをガラス・マトリックス内に大量に分布させれば、ガラス・マトリックス内に高密度の補強部位を得ることができる。超微粒子のナノセラミック粒子は、粒径が小さくなるにつれて、単位体積の材料内に存在する平均数が指数関数的に増加するため、このようなことは容易です。例えば、1umサイズのセラミック粒子は、約1,000個の1nmサイズのナノセラミック粒子で置き換えることができます。このことは、より少ない体積と質量で、ナノセラミック粒子の高密度分布をガラスマトリックス内で達成できることを意味し、ミクロン化された粒子やさらに大きな（20 nm以上）粒子を使用した場合よりも大幅に低い投与量で実現できます。

化学的ナノ強化ガラス

ガラスの破壊は必然的にナノスケールに起源を持つ（すなわち結合破壊）。化学的焼き戻しは、ガラスの表面に高い圧縮応力を組み込むことによって強度を向上させる非常に効果的な方法である。様々な組成のナノセラミック結晶を用い、ナノセラミック結晶寸法の利点と組み合わせることで、ナノスケールレベルでのガラスのトポロジー最適化設計を達成することができ、ガラス表面に加えられたエネルギーは、ガラス自体の亀裂形成ではなく、圧子周辺の局所的な高密度化によって放散される。

ナノアーク社は、20nm以下のナノセラミック結晶の設計と製造に関する専門知識を中核に、ガラス産業が化学的および構造的耐久性の面でガラス性能の限界を押し広げるのを支援する立場にある。ナノ材料設計プロセスの一環としてナノ多形性事業を展開している当社は、化学的適合性の懸念なしに、メーカーが当社の製品をシームレスに採用することを可能にしています。

ソリューション

当社のソリューションは、慎重に選択された化学組成、戦略的に選択されたナノ粒子サイズを備えた高表面積ナノパウダーで構成されており、量子効果と再定義された結晶構造の恩恵を受け、独自の高度な機能性のためにナノアーキテクチャの強度を発揮します。

当社の原子構造超微細ナノ粉末により、次のような機能拡張を備えた高性能ガラス システムの開発が可能になります。

• 改善された顕微鏡とエネルギー収穫のための強化された光学的透過性

• カスタマイズされた光学特性

• 軽量化と低気孔率での高い機械的強度

• 省エネルギーのための強化された熱輸送

• 汚れにくい

• 透明度のある UV フィルタリング

• 光活性化を必要としない抗菌および抗真菌保護

• 電離核放射線の減衰