ケイ酸塩ガラスの熱伝導度の支配因子を解明 ―ガラス材料の熱伝導性設計指針―

2026-10-05 東北大学

東北大学の研究グループは、13種類のケイ酸塩ガラスについて熱伝導度と関連物性を比較し、熱伝導度が音速と比例関係にあることを明らかにした。ケイ酸塩ガラスは電子デバイス基板やスマートフォンのディスプレイなどに利用され、熱伝導度は放熱性・断熱性を左右する重要な物性である。しかし、熱伝導度の測定には大きな労力を要し、ガラス組成から熱伝導度を理論的に推定する方法も十分確立されていなかった。今回、音速という比較的評価しやすい物性との関係を見いだしたことで、ガラス組成から熱伝導性を設計するための新たな指針が得られた。今後、電子デバイスなどの放熱用途や断熱用途に適したガラス材料の効率的な開発につながることが期待される。研究成果は「Applied Physics Letters」に掲載された。

ケイ酸塩ガラスの熱伝導度の支配因子を解明 ―ガラス材料の熱伝導性設計指針―
図1. (左) 室温におけるケイ酸塩ガラスの容積比熱とフォノンの平均自由行程の関係の模式図 (右) 室温におけるケイ酸塩ガラスの熱伝導度と音速の関係の模式図 (Reproduced with permission from Appl. Phys. Lett., (2026). Copyright 2026, American Institute of Physics.)

<関連情報>

ケイ酸塩ガラスの熱伝導率における音速の支配的な役割
Dominant role of sound velocity in the thermal conductivity of silicate glasses

Sohei Sukenaga;Bunta Ozato;Hiroyuki Shibata
Applied Physical Letters  Published:September 30 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0351403

Assuming that the phonon acts as the main heat carrier in silicate glasses, the thermal conductivity of glass is related to the product of volumetric heat capacity, phonon mean free path, and sound velocity. However, the dominant parameter in this relationship remains unclear. In this study, we evaluate the correlation between sound velocity and thermal conductivity for the 13 types of binary silicate glasses [i.e., M2/nO–SiO2 (M: Li, Na, Ca, or Pb; n: valence number of the M cation)] at a temperature of approximately 298 K. We find that thermal conductivity is linearly correlated with sound velocity and can be approximated as ⁠λ=3.0×10-4ν, where ν is the sound velocity (m s−1), ⁠and ⁠λ is the thermal conductivity (W m−1 K−1). Our findings highlight the possibility of designing the thermal conductivity of silicate glasses by focusing on a single parameter (i.e., sound velocity), which can be measured and predicted using the established methodology.

0501セラミックス及び無機化学製品
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