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

  • 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.

  • 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)

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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  

  • 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  

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会議での講演 【 表示 / 非表示

  • メタリン酸塩ガラスの押し込み応力分布の「その場」評価

    日本セラミックス協会 2019年年会  2019年03月

  • ガラス転移温度付近におけるアルカリケイ酸塩ガラスの熱拡散率

    日本セラミックス協会 2019年年会  2019年03月

  • ホウケイ酸塩融液の広い温度範囲での密度

    日本セラミックス協会 2019年年会  2019年03月

  • ガラスの高温物性

    第11回溶融シミュレーション研究会  2018年11月

  • Infrared Absorption Spectra of Sodium Borate and Borosilicate Melts in Relation to their High Temperature Structure

    ICG 2018 Annual Meeting  2018年09月

  • Finite Element Analysis (FEA) of spherical indentation in silica glass and measurement of densification distribution by means of Raman Spectroscopy

    ICG 2018 Annual Meeting  2018年09月

  • Indentation-induced Transient and Permanent Structural Changes of Glass Probed by Raman Spectroscopy

    ICG 2018 Annual Meeting  2018年09月

  • Densification of Borosilicate Glass and the Structure

    ICG 2018 Annual Meeting  2018年09月

  • In-situ Evaluation of Stress Distributions and Cracking Behavior in Silica and Soda-lime Glasses

    ICG 2018 Annual Meeting  2018年09月

  • Precise measurement of the thermal diffusivity around the glass transition temperature by considering radiative heat transfer

    ICG 2018 Annual Meeting  2018年09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