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ニューガラスの活躍 |
これまで見てきた伝統的なガラスの性質を基盤としながら、ニュー ガラスはきわめて多岐に渡る高機能を獲得し、まさにハイテク環境 の最前線で活躍している。 その機能分野は、光、電磁気、熱、機械、化学、生体など、あらゆ る分野に及んでいる。そこで、各分野におけるニューガラスの姿を 身近な例を中心に、ほんの一部分だが、分野別に見てみよう。 ●光分野 光分野においては、光ファイバー、レーザー発振などは、比較的よ く知られている。またパソコンなどのハードディスクで光メモリー として用いられるレーザーディスク素子も身近な感がある。むしろ ニューガラスといって真っ先に頭に浮かぶのはこうした例である。 ところが光分野におけるニューガラスには面白い利用例が他にもあ る。そのひとつがフォトクロミックガラスと呼ばれるものだ。その おもしろい機能とは、｢可逆的感光｣である。 つまり光の刺激があてられた部分が発色し、光刺激を失うと元に戻 る性質だ。最も身近な例としては通常｢調光グラス｣と呼ばれている メガネだろう。強い光でサングラスのように着色し、光の弱いとこ ろでは透明なメガネに戻る。 だがフォトクロミックガラスの利用は、これにとどまらずさらに広 がる。そのひとつは、文字や映像を映すディスプレイとしての活用 である。さらには、記憶媒体としての活用もある。波長の長短等に より着色や消色する現象を活かした高密度メモリーの新たな素材と して期待されているのだ。 その他には、光の透過を選択するガラスもある。選択吸収反射ガラ スと呼ばれるものだ。これには太陽光の熱線を反射する高温熱線反 射ガラスと室内の熱線を反射する低温熱線反射ガラスがある。 前者は太陽熱を遮断するところから夏の屋内温度上昇を防ぐことが できる。後者は室内の熱を外に逃がさないところから、寒冷地住宅 などに用いることができる。これは省エネルギー時代におけるオフ ィスビルや住宅用ガラスとしての活躍が期待されている。 ●電磁気分野 ガラスは普通、電気の絶縁体と考えられているが、逆にきわめてよ く電気を通すニューガラスがある。 ひとつはカルコゲンガラスといわれるものだ。これは光を当てると 電気が10万倍から100万倍も 流れやすくなる電子伝導ガラスで、ビ デオカメラの撮影システムである撮像管に使われている。色のつい た撮影対象からくる光を電気信号に変えてエレクトロニクスの映像 再生システムへ送る素子として重要な働きをしているのだ。 またもうひとつは、イオンがガラスの中を動くことでガラス内に電 気が流れる性質を発揮するイオン伝導ガラスだ。これは固体電池が 持つ従来電池の弱点を克服する電池素材として有望視されている。 電池は液体内をイオンが電極から離れたり向かったりして動くこと によって電気がためられる仕組みになっているが、従来電池ではイ オン移動のために電解液が使われていた。これに対しイオン伝導ガ ラスによる固体電池は、電解液を用いないので腐食液のにじみ出す 心配がまったくなく、大幅な小型化も可能となるのだ。 ●熱分野 はんだガラスという、ふだん我々があまりお目にかからないガラス がある。しかし、そのはんだガラスは我々の周りにかなり浸透して いる。何故なら、電子部品の封着、被覆、接着に欠かすことのでき ないものとして活躍しているからである。 例えばシリコン半導体の接合部を保護するためにシリコンチップと 電極がこれで保護されている。これは熱に弱いシリコンチップやそ の他の金属が溶けない低い温度で封着や被覆、接着を行うのに低い ガラス転移点のガラスを使うことで成形が容易になるからだ。 さらに熱膨張計数が同じでなければ半導体が熱を持ったときにはん だ部分が壊れてしまうが、ガラスはんだは、強固な上に膨張係数を 同じに整えやすいという利点もある。しかも、従来はんだに用いら れてきた鉛成分を払拭することで、廃棄時における対自然環境性を 大いに向上させるものとなっている。 そのほか、熱分野では、集積回路用結晶化ガラス基板など、ガラス の特性を十分に活かした半導体分野での幅広い活躍もある。 ●機械分野 ガラスが鋸(のこぎり)で切ることができるようになった。これは雲 母の粒子をガラスの中に析出させた雲母結晶化ガラスというニュー ガラスで、金鋸で切れるばかりか、ヤスリで削ることもできるとい うガラスの常識を越えたものだ。 これは雲母の小さな結晶が無数かつランダムにガラスないに存在す るところから、ガラスの割れが結晶によって止められ、全体破壊を 起こしにくい性質を付与されているものである。 このガラスは、さらに化学的耐性、電気絶縁性などにすぐれている ために、機械加工してネジやカム、歯車などとして電子工業用部品 などに使うことができるのだという。 またカナサイト結晶化ガラスと呼ばれるニューガラスは、破壊強度 が高く精密成形性も持つため、自動車エンジン材料としての期待も 集めているといわれる。 さらにホウケイ酸塩ガラス系のニューガラスは、放射性廃棄物固化 処理という重い役割を担おうとしている。危険な放射能をガラス組 成の一部として溶かし込むことができ、しかもこれを容易に溶け出 させない性質を持つ。その上、ガラスは耐食性が高いために、地中 に埋めた場合、万一外側の容器が腐食してしまっても、地中に放射 性物質が溶け出すことはほとんどないという。この機能は、放射性 物質の処理ばかりではなく、有害重金属の固化処理にも有効なもの として期待を集め、その研究が進んでいる。 ●化学分野 ガラスに超微細な孔(あな)を持たせることで、これをきわめて性能 の高いフィルターとして使おうとするニューガラスがある。多孔質 ガラスと呼ばれるものである。このガラスは、たとえば血液の血清 と血漿を分離したり、生ビールから酵母を分離するなど、さまざま な分野における応用が考えられている。さらに工業分野において、 原料ガスの精製・分離、気体混合の濃度調整などにおいて、気体分 離への応用、海水の淡水化等も研究視野に収められている。 また一方、多孔の広い表面積を利用したバイオリアクターへの試み も進められている。酵素をその孔に受け止めて、バイオ変化を連続 的に行うシステムを作ろうというのである。こうしたバイオリアク ターによって、果糖を蔗糖に変えたり、澱粉からブドウ糖を作るこ ともでき、生化学工業におけるその活躍が期待されている。 ●生体分野 この分野でまずあげなければならないのが、人骨と接触させること で、これと化学結合する人工骨結晶化ガラスと呼ばれるニューガラ スだろう。生体内に有害な成分を溶かし出す恐れがなく、しかも生 体親和性が高いという点で、難しい問題を解決している。 骨には部位によって1平方センチメートルあたり300kgから1900kgも の力が加わるとされる。これに対しこのニューガラスは2200kgの強 度を示している。しかも体液に曝されるという環境の中で、およそ 100年は強度を維持し続けるという疲労実験結果もある。 この人工骨は、人工歯根をはじめ、顎、大腿骨、頸骨などに大きな 効果を発揮しそうだといわれている。しかもこのガラスは、ネジを 切るなどの加工も容易で、その点でも大きく注目されている。 |
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