松岡 純 (マツオカ ジュン)

MATSUOKA Jun

写真a

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

メールアドレス

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

  • Determination of thermodynamic and microscopic origins of the Soret effect in sodium silicate melts: Prediction of sign change of the Soret coefficient

    M. Shimizu, T. Fukuyo, J. Matsuoka, K. Nakashima, K. Sato, T. Kiyosawa, M. Nishi, Y. Shimotsuma, and K. Miura

    AIP Publishing LLC.  The Journal of Chemical Physics  154 (7)   074501 ~  2021年02月

    10.1063/5.0040513  共著  共同(副担当)

    [概要]

    The Soret effect in silicate melts has attracted attention in earth and material sciences, particularly in glass science and engineering, because a compositional change caused by the Soret effect modifies the material properties of silicate melts. We investigated the Soret effect in an Na2O–SiO2 system, which is the most common representative of silicate melts. Our theoretical approach based on the modified Kempers model and non-equilibrium molecular dynamics simulation was validated for 30Na2O–70SiO2(mol. %). The sign and order of the absolute values of the calculated Soret coefficients were consistent with the experimental values. The positive Soret coefficient of SiO2 in the SiO2-poor composition range was accurately predicted. Previous experimental studies have focused on SiO2-rich compositions, and only the negative sign, indicating SiO2 migration to the hot side, has been observed. In the SiO2-poor composition range, the Q0 structure was dominant and had four Si–O–Na bonds around an SiO4 unit. The Si–O–Na bond had high enthalpic stability and contributed to the large negative enthalpy of SiO2 mixing. According to our model, components with a large negative partial molar enthalpy of mixing will concentrate in the cold region. The microscopic and thermodynamic origins of the sign change in the Soret effect were determined.

  • Transition in deformation mechanism of aluminosilicate glass at high pressure and room temperature

    Osada K., Yamada A., Ohuchi T., Yoshida S., Matsuoka J.

    Journal of the American Ceramic Society  Journal of the American Ceramic Society  103 (12)   6755 ~ 6763  2020年12月

    10.1111/jace.17429  共著  

    [概要]

    Deformation experiments for 20(MgO or Na O)-20Al O -60SiO glasses were performed in simple shear geometry at 1.5-5 GPa and room temperature. An abrupt change in the thinning rate and the turning of the birefringence azimuth at a shear strain of γ = 1-2 indicate a transition of deformation mechanism from uniaxial compression aided by densification to shear flow in the glasses. The high-dense magnesium aluminosilicate glass showed strain softening controlled by the rearrangement of the tetrahedral network. On the other hand, low-dense sodium aluminosilicate glass deformed by packing-induced flow associated with densification and via the rearrangement of the tetrahedral network at lower and higher strains, respectively. The transition of the deformation mechanism was triggered by the limitations of the densification of the tetrahedral network. The difference of deformation mechanism brought about higher strain in magnesium aluminosilicate glass than sodium aluminosilicate glass at the same stress condition. Easiness of remarkable deformation, which relaxed residual stress, and high deformability contributed to the high ductility of the MgO-aluminosilicate glass. 2 2 3 2

  • Soret coefficient of a sodium germanate glass melt: Experiment, theory, and molecular dynamics simulation

    Nakashima K., Shimizu M., Matsuoka J., Fukuyo T., Kato H., Nishi M., Shimotsuma Y., Miura K.

    Journal of the American Ceramic Society  Journal of the American Ceramic Society  103 (11)   6208 ~ 6214  2020年11月

    10.1111/jace.17375  共著  

    [概要]

    The Soret effect is a diffusion phenomenon driven by a temperature gradient in a multicomponent system. This effect in condensed systems is not fully understood. Previously, we reported a theoretical model called “adjusted Kempers model” to predict the Soret coefficient in glass melts, and compared the experimental value to the theoretical value for 11Na O-89B O (mol%) melts. Here, molecular dynamics calculations, as well as theoretical and experimental values, are quantitatively compared in 10Na O-90GeO melts. We used a vertical tubular furnace to cause a temperature gradient and heated the sample from top side to reduce the natural convection. We measured the composition of 10Na O-90GeO glass samples after 45, 90, and 180 hours of heat treatment under a temperature gradient, and estimated the steady-state Soret coefficient near 1373 K to be 1.09 × 10  K . In addition, we calculated Soret coefficients to be 3.65 × 10  K and 1.85 × 10  K in theory and molecular dynamics calculation, respectively. The ratios between the experimental and theoretical Soret coefficients were 1.2 and 3.3 for 11Na O-89B O melts and 10Na O-90GeO melts, respectively. The difference in ratios may be attributed to the mass and size of diffusion species in the glass melts. 2 2 3 2 2 2 2 2 2 3 2 2 −3 −1 −3 −1 −3 −1

  • Effect of B2O3 substitution for SiO2 in alkali aluminoborosilicate glasses on chemical strengthening

    Hidekatsu Morozumi, Satoshi Yoshida, Jun Matsuoka

    日本セラミックス協会  Journal of the Ceramic Society of Japan  128 (1)   24 ~ 31  2020年01月

    共著  共同(副担当)

  • Micro-Photoelastic Evaluation of Indentation-Induced Stress in Glass

    Keisuke Asai, Satoshi Yoshida, Akihiro Yamada, Jun Matsuoka, Andrei Errapart, Charles R. Kurkjian

    The Japan Institute of Metals and Materials  Materials Transactions    2019年01月

    10.2320/matertrans.MD201903  共著  共同(副担当)

  • Soret coefficient of a sodium borate melt: Experiment with a vertical furnace and thermodynamic theory

    Shimizu M., Hosoya S., Kato T., Matsuoka J., Kato H., Nishi M., Hirao K., Shimotsuma Y., Miura K.

    Journal of the Ceramic Society of Japan  Journal of the Ceramic Society of Japan  126 (12)   997 ~ 1004  2018年12月

    10.2109/jcersj2.18135  共著  

    [概要]

    ©2018 The Ceramic Society of Japan The Soret effect or thermodiffusion is temperature-gradient-driven diffusion in a multicomponent system. A physical model to accurately predict the Soret coefficient of oxide melts has not yet been proposed. Here, for the first time, we report a quantitative comparison between experiment and theory concerning the Soret coefficient in binary glass-forming oxide melts. We measured the Soret coefficient of 11Na 2 O89B 2 O 3 (mol %) after 90- and 180-h heat treatment under a temperature gradient near 1200 K and estimated the Soret coefficient for the steady state. We used a vertical furnace to reduce the effect of natural convection on the Soret effect by heating the sample from the top side. The Soret coefficient estimated for the steady state near 1200 K was 5.12 © 10 13 K 11 , whereas that obtained by the adjusted Kempers model, in which we adjusted the original Kempers thermodynamic model for binary oxide melts, was 6.09 © 10 13 K 11 . The sign and order of magnitude were consistent, which suggests that the adjusted Kempers model is a promising model to explain the Soret effect and that the equilibrium thermodynamic parameters of partial molar volume, partial molar enthalpy, and chemical potential are important factors in the phenomenon.

  • Role of partial molar enthalpy of oxides on Soret effect in high-temperature CaO–SiO <inf>2</inf> melts

    Shimizu M., Matsuoka J., Kato H., Kato T., Nishi M., Visbal H., Nagashima K., Sakakura M., Shimotsuma Y., Itasaka H., Hirao K., Miura K.

    Scientific Reports  Scientific Reports  8 (1)    2018年12月

    10.1038/s41598-018-33882-1  共著  

    [概要]

    © 2018, The Author(s). The Soret effect or thermodiffusion is the temperature-gradient driven diffusion in a multicomponent system. Two important conclusions have been obtained for the Soret effect in multicomponent silicate melts: first, the SiO 2 component concentrates in the hot region; and second, heavier isotopes concentrate in the cold region more than lighter isotopes. For the second point, the isotope fractionation can be explained by the classical mechanical collisions between pairs of particles. However, as for the first point, no physical model has been reported to answer why the SiO 2 component concentrates in the hot region. We try to address this issue by simulating the composition dependence of the Soret effect in CaO–SiO 2 melts with nonequilibrium molecular dynamics and determining through a comparison of the results with those calculated from the Kempers model that partial molar enthalpy is one of the dominant factors in this phenomenon.

  • In-situ Raman Measurements of Silicate Glass during Vickers Indentation

    Satoshi Yoshida, Thu Huyen Nguyen, Akihiro Yamada, Jun Matsuoka

    The Japan Institute of Metals and Materials  Materials Transactions    2018年11月

    10.2320/matertrans.MD201901  共著  共同(副担当)

  • In-situ observation of the structural change in MgO-B <inf>2</inf> O <inf>3</inf> -SiO <inf>2</inf> glass at high pressure and the permanent structural change

    Yamada A., Harada M., Masuno A., Yamanaka K., Higo Y., Yoshida S., Ohta T., Matsuoka J.

    Journal of Non-Crystalline Solids  Journal of Non-Crystalline Solids  499   25 ~ 31  2018年11月

    10.1016/j.jnoncrysol.2018.07.002  共著  

    [概要]

    © 2018 Elsevier B.V. A 41.6MgO-27.1B 2 O 3 -31.2SiO 2 glass was synthesized by container-less levitation method. B K-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) spectroscopy was used to quantify the coordination of boron in the as-made glass, resulting in ~72% of boron in 3-fold coordination. Raman spectroscopy indicated that the glass structure includes depolymerized borate units, which are pyroborate (B 2 O 54− ) and ring and/or chain-type metaborate (B 3 O 63− , (BO 2 O − ) ∞ ) groups. The structural changes in the glass under hydrostatic condition were investigated by high-pressure Raman spectroscopy within a diamond anvil cell at pressures up to 8.5 GPa. On the borate structure, metaborate groups decreased with pressure. In contrast, triborate groups, which include tetrahedrally coordinated boron and have a fully polymerized borate network, increased; suggesting that the coordination transformation of B and polymerization were induced via compression. However, the modification of the borate structure units seems to be reversible at least up to 8.5 GPa. As for the silicate network, Q 0 and Q 1 structures were responsible to compression. Specifically, Q 0 could be replaced by Q 1 with elevating pressure, which means that the silicate network becomes polymerized with pressure. Whereas, structure of glass samples recovered from the pressure higher than 5 GPa displayed depolymerized silicate network, as dissociation of Q 2 to Q 1 . The observed structural changes in the silicate network implied a partial change of the coordination number of Si 4+ ions, which can be enhanced by the presence of a modifier cation with high field strength such as Mg 2+ .

  • 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.

全件表示 >>

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

  • ガラスと融液の熱物性 -その物理化学と工学-

    松岡 純

    日本セラミックス協会  第51回ガラス部会夏季若手セミナー テキスト    2019年08月

     単著  

  • ガラス融液の構造と物性

    松岡純

    耐火物技術協会  耐火物  70 (11)   532 ~ 539  2018年11月

     単著  

  • 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  

全件表示 >>

会議での講演 【 表示 / 非表示

  • ガラスはなぜ割れるのか: 原子レベルのメカニズムと強化方法

    日本化学会第102春季年会  2022年03月

  • Indentation induced photoelastic patterns in oxide glasses: a numerical approach

    14th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass  2021年12月

  • 無容器法によって合成されたMg ホウケイ酸塩ガラスの機械特性と構造

    第62回ガラスおよびフォトニクス材料討論会  2021年11月

  • ホウケイ酸塩ガラスのガラス転移温度付近における熱伝導

    第62回ガラスおよびフォトニクス材料討論会  2021年11月

  • 差応力印加による異方性ホウケイ酸塩ガラスの合成とその構造変化

    第62回ガラスおよびフォトニクス材料討論会  2021年11月

  • 静水圧下におけるアルミノホウケイ酸塩ガラスの弾性変化

    第62回高圧討論会  2021年10月

  • CaSiO3ガラスの高密度化に伴う構造−物性変化

    日本セラミックス協会 第34回秋季シンポジウム  2021年09月

  • ナトリウムホウケイ酸塩ガラスの封圧下におけるせん断変形

    日本セラミックス協会 第34回秋季シンポジウム  2021年09月

  • アルカリホウ酸塩ガラス融液におけるソレー効果のアルカリ種依存性

    日本セラミックス協会 第34回秋季シンポジウム  2021年09月

  • ホウケイ酸塩ガラスのガラス転移温度付近における熱拡散率

    第15回 日本セラミックス協会 関西支部 学術講演会  2021年07月

全件表示 >>

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   2008年04月 ~ 現在

  • 無機化学Ⅰ   2008年04月 ~ 現在

  • 電子と化学結合   2008年04月 ~ 現在

  • 自然科学の視点   2008年04月 ~ 現在

  • 地域共生論   2015年04月 ~ 2016年03月

全件表示 >>

大学院講義担当 【 表示 / 非表示

  • 材料プロセス熱力学   2008年04月 ~ 現在

  • 非晶質無機材料   2009年04月 ~ 現在

  • 研究方法論   2016年04月 ~ 現在

 

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

全件表示 >>

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

全件表示 >>

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