松岡 純 (マツオカ ジュン)

MATSUOKA Jun

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職名

教授

研究分野・キーワード

ガラス科学,熱物性,力学特性,無機材料

メールアドレス

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ホームページ

http://www.mat.usp.ac.jp/ceramics/index_j.html

プロフィール

研究課題(研究概要)
 ガラスは光情報技術を担うキーマテリアルの一つであり、光増幅、平面ディスプレイ、積層電子部品などには様々な高性能ガラスが使われている。しかしこれらを単なる物質でなく実際に使われる材料にするには、高機能化だけでなく、長期耐久性や生産技術に関係する物性も把握する必要がある。そこでこれらに関する次の項目を中心に、原子レベルでの解明を目指して組成依存性を中心に研究を行っている。
 ガラスの熱物性(比熱、熱伝導率、ガラス転移、融液の密度、粘度、輻射熱伝達など)の機構解明
 ガラスの機械的性質(表面損傷の生成、クラックの成長、破壊に伴う構造変化)の機構解明
研究業績等(概要)
 ガラスの機械的性質の解明、熱物性の解明、非線形光学特性などの新しい光機能性を有するガラスの作製、アルコキシドを原料とするゾル-ゲル法による光機能性セラミックス薄膜の作製などを中心に、研究をおこなってきた。その成果は約80編の論文で発表しており、主な研究業績は次のとおりである。
 ガラス転移温度や融液の粘度がガラスの同位体組成比に依存することを発見し、またガラス転移の緩和特性をAC熱測定という特殊な方法で研究した。測定が困難とされるガラス融液中の遷移金属の光吸収スペクトルを、新規な方法により測定した。高粘度ガラス融液の密度測定方法を確立した。ケイ酸塩ガラスの低温での熱伝導率の組成依存症について、ガラス構造との関係を明らかにした。
 ガラスのもろさは組成により異なり、ホウ酸塩ガラスは割れる際に少しは金属やプラスチックに似た変形をし、逆にクリスタルガラスは非常にもろいことを、定量的に示した。また、ガラス表面へのキズの生じ易さは、生じたキズの伸び易さとは全く異なる組成依存性を示すことを明らかにした。
 金属ナノ微粒子を含有し光学非線形性を示す材料を、ゾル-ゲル法では世界で初めて作製した。

出身学校 【 表示 / 非表示

  • 京都大学  工学部  工業化学科  1985年03月

出身大学院 【 表示 / 非表示

  • 京都大学  工学研究科  工業化学  修士課程  1987年03月

取得学位 【 表示 / 非表示

  • 博士(工学)  京都大学  1997年03月

学内職務経歴 【 表示 / 非表示

  • 滋賀県立大学  工学部  材料科学科  教授   2005年04月 ~ 現在

  • 滋賀県立大学  工学部  材料科学科  助教授   2001年04月 ~ 2005年03月

  • 滋賀県立大学  工学部  材料科学科  講師   1995年04月 ~ 2001年03月

学外略歴 【 表示 / 非表示

  • 通商産業省 工業技術院 大阪工業技術試験所  研究員   1987年04月 ~ 1991年03月

  • 三重大学 工学部 分子素材工学科  助手   1991年03月 ~ 1995年03月

所属学会・委員会 【 表示 / 非表示

  • 日本化学会  

  • アメリカセラミックス学会 (American Ceramic Society)  

  • 日本セラミックス協会  

研究分野(科研費分類) 【 表示 / 非表示

  • 無機材料・物性

  • 物理化学

  • 無機工業材料

 

研究テーマ 【 表示 / 非表示

  • ガラス科学 (熱物性,破壊特性,光物性)

    ガラス

論文 【 表示 / 非表示

  • Cross-section Morphology of the Scratch-Induced Cracks in Soda-Lime-Silica Glass

    Jun Matsuoka, Danwei Guo, Satoshi Yoshida

    Frontiers Media S.A.  Frontiers in Materials  4   8 ~  2017年03月

    10.3389/fmats.2017.00008  共著  共同(主担当)

    [概要]

    At the scratch process of glass, both median (vertical to the glass surface) and lateral (horizontal to the glass surface) cracks are formed. In this study, morphology of the scratch-induced cracks in a commercial soda-lime-silica glass was investigated by the scanning electron microscopy for the specimen broken across the scratch groove. Scratch test was carried out using a Knoop indenter in water and in dehydrated heptane. When scratch speed was 70 × 10^−6 m s−1, length of both vertical and horizontal cracks was proportional to the normal load at scratching, and environmental dependence was not observed. When scratch speed was increased with the constant normal load of 200 g, length of both cracks was decreased. In the case of horizontal crack, no environmental effect was observed. On the other hand, length of the vertical crack scratched in water was much longer than that in heptane. At very high scratch speed as high as 1,000 × 10^−6 m s−1, no vertical crack was formed in the heptane. These differences between horizontal and vertical cracks should be due to the differences of crack initiation position and the influence of subcritical crack growth to these cracks.

  • Evaluation of Sinking-In and Cracking Behavior of Soda-Lime Glass under Varying Angle of Trigonal Pyramid Indenter

    Satoshi Yoshida, Ken Wada, Takahiro Fujimura, Akihiro Yamada, Mitsuo Kato, Jun Matsuoka, Naohiro Soga

    Frontiers Media S.A.  Frontiers in Materials  3   54 ~  2016年12月

    10.3389/fmats.2016.00054  共著  共同(副担当)

    [概要]

    It is well known that glass undergoes elastic and inelastic deformation under a sharp diamond indenter. Although brittle or less brittle behavior of glass must be connected with such mechanical responses of glass under the indenter, there has been limited research on in situ deformation behavior of glass during the loading and unloading indentation cycle. This is because most indentation tests were conducted using a commercial hardness tester for which this information is not available. In this study, the in situ sinking-in region of glass during indentation test is determined using a custom-designed indentation microscope with trigonal pyramid indenters having different tip angles. It is found that both the shape of contact region and the amount of sinking-in are affected by indenter geometries and that the projected contact region of the glass sample under Berkovich indenter is not a regular triangle but a concave triangle with bowed-in edges. This is due to the larger amount of sinking-in under the face than under the ridge of indenter. It is also found that these deformation behaviors of glass are inseparably linked with contact damage or cracking in glass.

  • Composition dependence of crack formation probability in aluminoborosilicate glass

    H. Morozumi, S. Yoshida, J. Matsuoka

    Elsevier  Journal of NonCrystalline Solids  444   31 ~ 37  2016年07月

    10.1016/j.jnoncrysol.2016.04.030  共著  共同(副担当)

    [概要]

    We investigate the effect of glass composition on crack formation probability in aluminoborosilicate(ALBS) glass. The ALBS glass base composition is 13Na2O4K2O6MgO16Al2O312B2O349SiO2(mol%). Various glass compositions are prepared by replacing SiO2 in the base composition with other oxides. Mechanical properties, including crack formation probability, are evaluated and their compositional variation is discussed in terms of glass structure. Lower crack formation probability results from larger concentrations of bridging oxygen atoms around Si in glass.

  • Direct observation of indentation deformation and cracking of silicate glasses

    Satoshi Yoshida, Mitsuo Kato, Akiko Yokota, Shohei Sasaki, Akihiro Yamada, Jun Matsuoka, Naohiro Soga, Charles R. Kurkjian

    Materials Research Society  Journal of Materials Research  30 (15)   2291 ~ 2299  2015年08月

    10.1557/jmr.2015.214  共著  共同(副担当)

    [概要]

    Indentation deformation of glass under a sharp diamond indenter causes cracking during and after a loading–unloading cycle. To get a deeper insight into the indentation cracking in glass, it is critical to understand the elastic and inelastic deformation behavior of glass under the indenter. In this study, in situ observations during Vickers indentations are carried out for silica, soda-lime, and lead–silicate glasses. It is found that the true contact area during indentation is different from the area estimated from the contact depth and the indenter geometry, and that the ridges of a Vickers indenter affect the contact shape during indentation. The contact region of silicate glasses under a Vickers indenter is not a regular square but a concave square. This results in edge cracking during indentation. It is concluded that the contact shape and the deformation mechanism of glass under the indenter are closely related to its cracking behaviors.

  • Crack Initiation Tendency of Chemically Strengthened Glasses

    Hidekatsu Morozumi, Hirotaka Nakano, Satoshi Yoshida, Jun Matsuoka

    American Ceramic Society  International Journal of Applied Glass Science  6 (1)   64 ~ 71  2015年03月

    10.1111/ijag.12089  共著  共同(副担当)

  • High-temperature heat capacity and density of simulated high-level waste glass

    Toru Sugawara, Junki Katsuki, Takashi Shiono, Satoshi Yoshida, Jun Matsuoka, Kazuhiro Minami, Eiji Ochi

    Elsevier  Journal of Non-Crystalline Solids  454   298 ~ 307  2014年08月

    10.1016/j.jnucmat.2014.07.055  共著  共同(副担当)

  • Density measurement of simulated radioactive waste glass by the Archimedean immersion method using molten chloride salts

    Toru Sugawara, Takashi Shiono, Satoshi Yoshida, Jun Matsuoka, Kazuhiro Minami, Eiji Ochi

    Society of Glass Technology  Physics and Chemistry of Glasses: European Journal of Glass Science and Technology Part B  54 (6)   270 ~ 278  2013年12月

    共著  共同(副担当)

    [概要]

    The densities of two simulated radioactive waste glasses and melts were determined between 298 and 1278 K by the Archimedean immersion method for annealed glasses at room temperature, dilatometric measurements for glasses in the temperature range from 373 K to the glass transition region and Archimedean densitometry using a molten chloride salt for liquids above 825 K. At temperatures above 1079 K the density of a stable liquid can be measured with a precision of 0·3%. The molar volume of waste glass melt between 1079 and 1278 K is consistent with both the high temperature extrapolation of the molar volume at the glass transition temperature and the value estimated using partial molar volumes reported previously, which has been obtained using double-bob Archimedean densitometry. The temperature dependence of the molar volume (dV/dT) between the glass transition temperature and 1278 K is significantly larger than that calculated using partial molar thermal expansivities in the previous model. This suggests that the thermal expansivity of borosilicate melts is temperature dependent.

  • Heat capacity measurements of 75SiO2-6B2O3-10Al2O3-9MO (M=Mg, Ca, Sr and Ba) glasses and melts

    Toru Sugawara, Yuji Hamano, Satoshi Yoshida, Jun Matsuoka

    公益社団法人 日本セラミックス協会  Journal of the Ceramic Society of Japan  121 (12)   972 ~ 980  2013年12月

    共著  共同(副担当)

    [概要]

    Heat capacities of 75SiO2-6B2O3-10Al2O3-9MO(M=Mg,Ca, Sr and Ba) glasses and melts were determined between 345 and 1877 K by differential scanning calorimetry and drop calorimetry. The heat capacities of glasses and melts increase with increasing field strength of alkaline-earth metals. The glass transition takes place when the heat capacity of glass reaches 95-97% of Dulong-Petit harmonic limit. The configurational contribution to the melt heat capacity is about 20% and is independent of temperature. The partial molar heat capacity of B2O3 (CpB2O3 ) in borosilicate melts containing alkaline-earth metals approaches to constant value (110-120 J·K¹1·mol¹1) above 1600 K and is consistent with heat capacity of pure B2O3 liquid. This suggests that there are no significant differences in coordination state of boron and in B-Si ordering among Mg, Ca, Sr and Ba-bearing alumino-borosilicate melts.

  • Na2O activity and thermodynamic mixing properties of SiO2–Na2O–CaO melt

    Toru Sugawara, Masahiro Seto, Mitsuo Kato, Satoshi Yoshida, Jun Matsuoka, Yoshinari Miura

    Elsevier  Journal of Non-Crystalline Solids  371-372   58 ~ 65  2013年07月

    10.1016/j.jnoncrysol.2013.03.031  共著  共同(副担当)

    [概要]

    Electro-motive force (EMF) measurement using concentration cell has been carried out to determine the Na2O activity of silicate melt, and the thermodynamic mixing properties of silicate melts have been examined. The Na2O activities for (100-x-y)SiO2-xNa2O-yCaO (x = 12-30; y = 5-22, mol%) melts have been measured between 1273 K and 1573 K. The Na2O activity increases with increasing Na2O and CaO content when the melt is a depolymerized composition. The effect of Na2O and CaO contents on the Na2O activity decreases with increasing SiO2 content. They can be interpreted in terms of Gibbs energy of mixing as a concave function of composition. The comparison of partial molar entropy of mixing for soda-lime silicate and sodium silicate melts suggests the existence of local maximum of the entropy of mixing in depolymerized composition of SiO2-Na2O-CaO system. The effect of CaO on redox reaction of iron in silicate melt calculated from the Na2O activity is quantitatively consistent with that measured by voltammetry and wet-chemical analysis.

  • Densification and plastic deformation under microindentation in silicate glasses and the relation to hardness and crack resistance

    C. Hermansen, J. Matsuoka, S. Yoshida, H. Yamazaki, Y. Kato, Y.Z. Yue

    Elsevier  Journal of Non-Crystalline Solids  364   40 ~ 43  2013年03月

    10.1016/j.jnoncrysol.2012.12.047  共著  共同(副担当)

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著書 【 表示 / 非表示

  • ガラスの破壊メカニズムと高強度化

    松岡純,伊藤節郎,長嶋廉仁,藤田卓,増田優子

    (株)R&D支援センター  92p  2013年07月

    単行本(学術書)  分担執筆

  • エレクトロニクス用途におけるガラスの超精密加工【技術全集】(共著)

    松村隆ほか49名

    技術情報協会  552p  2008年03月

    単行本(学術書)  共著

  • ガラスの百科事典(共著)

    作花済夫ほか116名

    朝倉書店  668p  2007年10月

    事典・辞書  共著

  • セラミック工学ハンドブック(第2版)(共著)

    丹羽紘一,三宅通博ほか537名

    技報堂出版  2412p  2002年03月

    単行本(学術書)  共著

  • ガラス工学ハンドブック(共著)

    作花済夫ほか94名

    朝倉書店  702p  1999年07月

    単行本(学術書)  共著

総説・解説記事 【 表示 / 非表示

  • ガラス融液の物性

    松岡 純

    一般社団法人ニューガラスフォーラム  NEW GLASS  32 (1)   4 ~ 9  2017年03月

     単著  

  • ガラスの熱伝導率の組成依存性

    松岡 純

    一般社団法人ニューガラスフォーラム  NEW GLASS  27 (4)   20 ~ 23  2012年12月

     単著  

  • 無機ガラスの熱伝導特性

    松岡 純

    日本熱測定学会  熱測定  39 (3)   106 ~ 111  2012年07月

     単著  

  • ガラス材料の疲労

    松岡 純

    日本トライボロジー学会  トライボロジスト  55 (10)   702 ~ 707  2010年10月

     単著  

  • ガラスの破壊とその周辺

    松岡 純

    (社)ニューガラスフォーラム  ニューガラス  23 (3)   4 ~ 9  2008年08月

     単著  

  • ガラスの破壊現象から見た平面ディスプレイ

    松岡 純

    (社)日本セラミックス協会  セラミックス  43 (6)   460 ~ 463  2008年06月

     単著  

  • ガラスの強度とディスプレイ大型化への課題

    松岡 純

    (社)大阪工研協会  科学と工業  81 (6)   266 ~ 272  2007年06月

     単著  

  • ガラスの破壊における永久変形と構造変化

    松岡 純

    (社)日本材料学会  材料  56 (6)   489 ~ 494  2007年06月

     単著  

  • ガラスの破壊における水分の効果

    松岡 純

    (社)ニューガラスフォーラム  ニューガラス  21 (3)   41 ~ 45  2006年09月

     単著  

  • ガラスの強度はどのように決まるか

    松岡 純

    日本MRS (The Materials Research Society of Japan)  MRS-J NEWS  17 (4)   3 ~ 4  2005年11月

     単著  

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会議での講演 【 表示 / 非表示

  • 平均結合数と非架橋酸素量がホウケイ酸ガラスの MoO3溶解度及び耐水性に及ぼす影響

    2018年日本原子力学会春の年会  2018年03月

  • アルミノケイ酸塩ガラスの圧力誘起構造変化のその場観察

    日本セラミックス協会2018年年会  2018年03月

  • ガラス融液中のホウ素による赤外吸収の定量的評価

    第56回セラミックス基礎科学討論会  2018年01月

  • 放射性廃棄物の減容化に向けたガラスマトリクスの検討 1価金属及び2価金属の含有量変化に伴う耐水性への影響評価

    第58回ガラスおよびフォトニクス材料討論会  2017年11月

  • 高強度ホウ珪酸塩ガラスの合成とその構造

    第58回ガラスおよびフォトニクス材料討論会  2017年11月

  • 放射熱伝達を考慮した熱伝導率の解析とガラスの高温熱伝導

    第58回ガラスおよびフォトニクス材料討論会  2017年11月

  • 交流電圧印加によるケイ酸塩ガラス融液の電気化学反応と泡発生機構

    第58回ガラスおよびフォトニクス材料討論会  2017年11月

  • 直接観察法を用いた流電圧印加によるガラス融液の発泡開始位差の特定

    第58回ガラスおよびフォトニクス材料討論会  2017年11月

  • 高充填ガラスマトリクスの検討 - 1価金属及び2価金属の含有量変化に伴う耐水性への影響評価 -

    日本原子力学会2017年秋の大会  2017年09月

  • Thermal properties and viscosity of isotope substituted borate glasses: concept of vibrational connectivity

    The 9th Internat. Conf. BORATE GLASSES, CRYSTALS AND MELTS and The 2nd Internat. Conf. PHOSPHATE GLASSES, CRYSTALS AND MELTS  2017年07月

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受賞学術賞 【 表示 / 非表示

  • 日本セラミックス協会 2013 JCerSJ優秀論文賞

     Heat capacity measurements of 75SiO2-6B2O3-10Al2O3-9MO (M=Mg, Ca, Sr and Ba) glasses and melts  学会誌・学術雑誌による顕彰  公益社団法人日本セラミックス協会  共同(副担当)  2014年06月

  • 日本セラミックス協会 2010 JCerSJ優秀論文賞

     Effect of B2O3 content on crack initiation under Vickers indentation test  学会誌・学術雑誌による顕彰  公益社団法人日本セラミックス協会  共同(副担当)  2011年06月

研究シーズ 【 表示 / 非表示

  • ガラスの融液物性・熱物性と破壊現象の研究

 
 

学部講義等担当 【 表示 / 非表示

  • 分子・統計力学

  • 無機化学Ⅰ

  • 電子と化学結合

  • 自然科学の視点

  • 地域共生論

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大学院講義担当 【 表示 / 非表示

  • 材料プロセス熱力学

  • 非晶質無機材料

  • 研究方法論

 

国・地方公共団体等における審議会・委員会等の委員 【 表示 / 非表示

  • 滋賀県教育委員会(彦根東高等学校)  スーパーサイエンスハイスクール運営指導委員会  委員   2016年06月 ~ 2017年03月

  • 滋賀県教育委員会(彦根東高等学校)  スーパーサイエンスハイスクール運営指導委員会  委員   2015年06月 ~ 2016年03月

  • 滋賀県教育委員会(彦根東高等学校)  スーパーサイエンスハイスクール運営指導委員会  委員   2014年06月 ~ 2015年03月

  • 滋賀県教育委員会(彦根東高等学校)  スーパーサイエンスハイスクール運営指導委員会  委員   2013年06月 ~ 2014年03月

  • 滋賀県教育委員会(彦根東高等学校)  スーパーサイエンスハイスクール運営指導委員会  委員   2012年06月 ~ 2013年03月

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学会等における役職 【 表示 / 非表示

  • (公社)日本セラミックス協会  ガラス部会事務局長   2018年04月 ~ 現在

  • (一社)ニューガラスフォーラム  ニューガラス大学院委員会 委員長   2015年04月 ~ 2018年03月

  • (社)日本セラミックス協会  国際交流委員会 委員   2009年04月 ~ 2011年03月

  • International Commission on Glass  member of the Council   2008年06月 ~ 2012年07月

  • International Commission on Glass  member of TC8 (Glass Transition and Relaxation)   2007年07月 ~ 2015年12月

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学外の社会活動 【 表示 / 非表示

  • 青少年のための科学の祭典 滋賀大会   2012年04月 ~ 現在

  • 青少年のための科学の祭典 滋賀大会   2008年04月 ~ 2012年03月

  • 化学オリンピック日本委員会 科学委員会 実験問題小委員会 委員   2008年04月 ~ 2010年12月