質問: 屈折率や透明度を高くするため、クリスタルガラスに加えられる金属元素は何でしょう?
回答: 鉛

タイトル: クリスタル・ガラス
一般的には、珪砂(SiO2)、カリウム、ソーダ灰というガラスの主成分に、酸化鉛(PbO)を添加して形成される鉛ガラスの一種を指す。 ガラスの製造時に酸化鉛等を添加することでガラスの溶解温度が低く抑えられ成形もソーダガラスに比べて容易になること、また透明度と屈折率が高まり水晶(クリスタル)のように輝く透明なガラスになることから、通称として「クリスタル」と呼ばれる。一般的には鉛の含有量が上がるほど光の透明度や屈折率が高くなり、また比重が大きくなるとともに打音が澄んで余音を持つ。このため、特にワイングラスなど工芸用では酸化鉛が多いものが好まれる。 しかし、その実現には、溶解・成形・徐冷・加工などの高度な製造技術や、鉄分など不純物の除去や他の混合物の配合など全体的な化学組成の調整が重要であり、一概に鉛の含有量が高ければ良いという訳ではない。

タイトル: クリスタル・ガラス
成型・徐冷後に、高い透明度のガラスとなるため、ガラス食器・グラス類・ガラス工芸に用いられる。 素材としては、カッティング装飾による一層の輝きを与られるカットグラス(切子)向け、またとんぼ玉等のバーナーワーク向けのグラスロッド等。製品としては、高級洋食器・グラス・トロフィー・シャンデリア・ジュエリー・ビーズ、腕時計の風防等となり販売される。工業用途として代表的なのは、テレビのブラウン管用のガラス。 医療・研究・建築・工学的用途向けに鉛の含有量を高くし放射線の遮蔽能力を強化した放射線遮蔽ガラスがあげられる。日本では日本電気硝子 が製品を販売している。

タイトル: プレシオサ
プレシオサ・クリスタル・ガラスは、通常のクリスタル・ガラス(酸化鉛 (PbO) の含有量比は約24%)に比べ、酸化鉛が最低30%と多くなっている。そのため、通常のクリスタル(透明)カット製品でも、光の反射加減により虹色に見えることがある。プレシオサには、カット技術の他にクリスタル表面に行う特殊加工技術がある。

タイトル: チョクラルスキー法
産業用には直径200ミリメートル〜300ミリメートルの単結晶インゴットが使用される。インゴットをワイヤーソーで厚さ0.2ミリメートル〜0.7ミリメートルにスライスして磨く。シリコンの単結晶を成長させる過程で坩堝の素材である石英の壁面から溶け出した酸素が格子欠陥 10 18 c m − 3 {\displaystyle 10^{18}\,\mathrm {cm} ^{-3}} の原因になる。しかし、酸素の混入を利点とする手段もある。酸素は混入した微量の金属元素を酸化する事により固定してくれる。また、酸素を含んだシリコンで作られた放射線検出器は高エネルギー物理学で用いられる。この製造法はポーランドの科学者であるジャン・チョクラルスキーが1916年に金属の結晶化において発明した事に因む。

タイトル: ローズメタル
ローズメタルは、低融点合金である。

タイトル: 異常分散レンズ
このため異常分散ガラスは屈折率とアッベ数の組み合わせの多様性に乏しく、アッベ図上にプロットするとほぼ一直線の系列上に並ぶ。多くは既存のガラス(ケイ素酸化物系)に無機フッ素化合物や無機リン酸化物・ホウ素化合物などを加えて特性を改良したものであるが、リン酸クラウンガラス(PK)などケイ素成分を含まないものも存在する。色収差をさらに低減させたレンズを「SDレンズ」と呼ぶこともあるが、EDレンズとの境界は不明瞭で、場合によってはほぼ同様の意味で用いられる。一般的に世界各国では、両者を概括してEDと呼び、SDの呼称は一般的ではない。しかし、日本ではこれらを区別しており、蛍石に非常に近い特性を持つものをSDガラス、近い特性を持つものをEDガラス、としている。

タイトル: 屈折
例えば、光線がガラスを通ると、屈折して曲がっているように見えるが、これはガラスが空気と異なる屈折率を持っているためである。ガラスの表面に対して垂直に光が入射した場合、光の進行方向は変わらず、速度だけが変化するが、厳密にはこの場合も屈折という。左の図のように、水中に差し込んだ棒が上方に曲がって見える現象は光の屈折で説明できる。空気の屈折率は約1.0003、水の屈折率は約1.3330と異なるため、水から反射した光は屈折して目に届く。つまり図の棒上のxに由来する光が水面で屈折を起こすため、Xの見かけ上の位置はYになる。これが水中の棒が実際より上方にあるように見せる。屈折率が大きい媒質から小さい媒質に光が入るときに、入射光が境界面を屈折せず、すべて反射することを全反射という。この原理は光ファイバー等に使われる。等方的な媒質から異方的な媒質へ波が進む場合は、複屈折を起こす。

タイトル: ミッシュメタル
ランタノイド元素で主に構成され、代表的なものとしては、セリウム約50%、ランタン約30%、ネオジム約15%を含む。これらの元素比率は、精製元となる鉱石(モナズ石など)中の含有比率に左右される。

タイトル: 金
自然に存在する金には通常、10%程度の銀が含まれており、銀の含有率が20%を超える物はエレクトラム、青金または琥珀金と呼ばれる。さらに銀の量を増やしていくと、色は次第に銀白色になり、比重はそれにつれて下がる。なお、金合金における金の含有率を品位といい、千分率もしくはカラット(K)で表される。金は熱伝導、電気伝導ともに優れた性質を持ち、空気では浸食されない。熱、湿気、酸素、その他ほとんどの化学的腐食(通常の酸やアルカリ)に対して非常に強い。そのため、貨幣の材料や装飾品として古くから用いられてきた。一方、金はある特殊な条件下で化合物を生成する。

タイトル: ローゼライト
ローゼライト(英語圏表記 : roselite)。成分と色と類似するウェンドウィルソナイトなどと似ており、濃い赤色 - 濃淡な紅色の透き通ったガラス光沢を持つ。稀少な単斜晶系の砒酸塩鉱物である。名前の由来はグスタフ・ローゼ(英語版)という人物名から来ている。

タイトル: 第13族元素
ホウ素やアルミニウムの一般式M2O3で表される酸化物は水酸化物(M(OH)3)を強熱し脱水すると生成するが、ホウケイ酸ガラス(SiO2·B2O3;パイレックス®)やα-アルミナを初めとしてセラミックス原料として有用である。第13族元素の水酸化物の水素は電離しないので、一般には酸性を示さない。ホウ酸の場合は水酸基が電離するのではなく、ホウ酸がルイス酸として水から水酸化物イオンを引き抜いて錯体を形成する際に、水素イオンが残存するので酸性を示す。

タイトル: 酸化アルミニウム
融解塩電気分解でアルミニウムの材料とするほか、陶芸などのセラミックス材料としても添加される。また、研削材や砂まき装置等の高強度、高靱性、耐熱衝撃性を求められる分野や、自動車排ガス浄化触媒等の触媒の担体、歯科治療(インレー、クラウンなどの修復物・補綴物)などに広く利用される。また、工業用サンドブラストの研磨剤として利用され、医療用途でも使用されWHOのATC分類では、痤瘡(にきび)の瘢痕を削り取る治療に用いられる。高純度の結晶鉱石は宝石として珍重される(サファイア、ルビー)。高純度アルミナは、サファイアを使ったLEDの基板、リチウムイオン二次電池部材、半導体製造装置のセラミックス製部材などに、低ソーダアルミナは、液晶ディスプレイ用ガラスやICパッケージ、自動車プラグなどに使用される。また、誘電正接がほかの素材と比べ、極めて低いことから、一部の高周波測定機やミリ波レーダー等の基板に使用される。

タイトル: 粘土鉱物
金属イオン(アルミニウム、ナトリウム、カルシウム等)とケイ酸が連結しできたシートが、層状に形成されている。このシートの間隙に水や金属イオン、場合によっては有機物まで容易に取り込み放出することから、湿度調整やイオン交換性、触媒など、機能性材料として、生活用品をはじめ多様な分野で利用されている。また、セラミック素材や陶器の原料として利用されている。

タイトル: ステンレス鋼
この酸化物皮膜中では金属イオンや酸素イオンの拡散が非常に遅く、ステンレス鋼の高い耐酸化性が得られる。ただし、18 % 未満程度のクロム含有量が低い場合は、緻密で連続した Cr2O3 皮膜は形成されず、FeCr2O4 や Fe(Fe,Cr)2O4 の皮膜が形成されるに留まる。しかし実用的には、SUS410 のような11%クロムステンレス鋼や SUS430 のような17%クロムステンレス鋼も 800 °C ないし 850 °C を使用限度温度として高温酸化環境で使われている。保護性の Cr2O3 皮膜が欠損・剥離を起こした場合でも、クロム含有量が高ければ直ちに Cr2O3 皮膜を再生できる。他の合金元素としては、ケイ素が耐酸化性を著しく改善する。添加されたケイ素は皮膜層と母材の界面に二酸化ケイ素として塊状または連続層として存在し、Cr2O3 皮膜の形成を助力する。

タイトル: フッ素
配管にはフッ素との反応で不動態を形成することにより、それ以上腐食が進行しにくい銅などが用いられる。さらにガス漏洩時には迅速にバルブが遮断されるような安全装置も組み込まれている。歯の表面処理に有効であり、歯磨き粉や歯科治療に使われるほか、フッ素水道など水道水に混入する国や租借地がある。フッ素にはガラスの屈折率を低下させる働きがあるため、光ファイバーなど通信の分野において、その屈折率制御にフッ素が使われている。単体のフッ素やClF5などの化合物はロケット燃料の酸化剤として、1950–1970年ごろにかけアメリカ航空宇宙局(NASA)を含むいくつかの機関で検討されたことがある。

タイトル: カナダバルサム
屈折率が1.52程度と高く、クラウンガラスの屈折率に近い。そのため光学ガラスやレンズの接合に用いられた。この用途においては100年以上の歴史があるが、淡黄色に着色が発生し、経年劣化によってその程度が進行すること、耐候性がやや劣ること、加熱で軟化させて作業を行う必要があるため光硬化樹脂と比較して作業性が劣り、特に複数枚レンズの接合作業が困難であることなど(この特性は逆に接着面をはがす必要がある場合にはメリットとなる)から、現在は合成樹脂系の貼合材料に代替されてしまった。なお有機溶剤やアルコール類に溶解することから、光学やプレパラート封入用に市販されているものにはキシレンなどで薄め、粘性を低下させて扱いやすくしたものがある。バルサムを用いて接合を行う際には、加熱によって溶剤を揮発させるとともにバルサムを軟化させ、接合面から気泡を追い出しながら冷却することによって行う。

タイトル: 表面プラズモン共鳴
共鳴様式で表面プラズモンを励起するため、電子あるいは光線(通常は可視および赤外光)を使うことができる。入射光線はその運動量がプラズモンのものと一致しなければならない。p偏光(入射面と平行に偏光が起こる)の場合は、光を波数(および運動量)を増加させ、任意の波長および角度における共鳴を達成するためのガラスブロックを通過させることによってこれが可能である。s偏光(入射面と垂直に偏光が起こる)は電子表面プラズモンを励起することができない。電子および磁気表面プラズモンは以下の分散関係に従う。ε {\displaystyle \epsilon } は比誘電率、 μ {\displaystyle \mu } は材料の透磁率である(1: ガラスブロック、2: 金属薄膜)。表面プラズモンが起こる代表的な金属は銀および金であるが、銅、チタン、クロムといった金属も使われている。

タイトル: 結晶粒界
この性質を利用して粒界を選択的にエッチングする方法によりその構造を観察することができる。

タイトル: 光学フィルター
光学フィルターは、基板となる材料(一般的にはガラス)そのものに光を吸収する物質を混ぜるか、基板の表面に光学薄膜を成膜するかによって作製される場合がほとんどである。光の吸収に波長選択性のあるもの(例えばCdSなどの半導体微粒子)をガラス中に分散させ、その吸収によって透過する光を選択するものは、色ガラスフィルターと呼ばれることが多い。ロングパスフィルターが多く、少しずつ波長の異なるものがシリーズ化され市販されている。波長選択性のない光吸収物質をガラス中に分散させたものは、吸収型のNDフィルターとなる。(ただし、厳密に言うと多少の波長依存性はある)基板の表面に成膜される光学薄膜は、金属薄膜と誘電体薄膜に大別される。金属薄膜は、波長依存性が少ないため、反射型のNDフィルターあるいはビームスプリッターとして使われる。反射率は膜厚によって任意に制御することができる。

タイトル: インバー
1896年の秋、ギヨームは約36%のニッケルを含有する合金が常温で低い膨張係数を持つことを示した。この合金の膨張係数は、純鉄の膨張係数の1⁄10である。工業用インバーはMarc Thuryの提案に基づいて定義された。研究では、マンガン、炭素、クロムおよび銅など多数の添加物の影響が研究された。マンガンと炭素を含まない鉄・ニッケル工業生産は計画されなかったため、C.-E.ギヨームは、0.1%のマンガンと0.4%の炭素を標準組成として定めた。これらの元素の他に、クロムと銅も添加物として考えられる。マグネシウム、ケイ素、コバルトを添加すれば機械的特性を改善することができる。その他の元素も、一定の特性を改善することができる。例えば、さらに炭素、マンガン、クロムを添加すると、孔食タイプの腐食に対する強度が改善される。インバーの弱い熱膨張は、この合金についてもっとも有名な特性である。

タイトル: 合金
通常の金属は冷却すると単調に収縮する場合が大半であるが、鉄はγ→α変態点で結晶構造や磁気特性が変わることで一瞬膨張する。この効果を合金化して所定の温度範囲で金属の基本的な冷却による収縮効果を、先の膨張効果によって相殺することで、その温度範囲では熱膨張率がゼロになるという他の固体物質では見られない状況を作り出すことが出来る。共晶をつくる合金(例えばSn-Pbなど)では、それぞれの単独の金属の融点に比べて合金の融点を下げることができるため、より低融点の金属を得ることができる。このため、二種類の金属を接した状態で加熱すると、それぞれ単独の金属では融点に達しない温度であっても、接している部分から合金となって融けてゆく現象が起こる。たとえば、低融点の金属を加熱して液体とし、そこに高融点の金属を固体のまま投入することで、融かし込んで合金を作ることができる。

タイトル: 合成ダイヤモンド
ほとんどの産業利用は長らく、「硬さ」に関係していた。工作機械や切削道具の理想的な材料として利用されている。前述の通り、全ての物質で最も硬いことから、あらゆる物(ダイヤモンド自身も)を研磨、切断、摩減させる。例えば、ドリルの刃、のこぎり、精密研磨用の砥石に粉末が使用され、最も一般的な利用方法となっている。しかしこれらの道具は高温になる作業にはむかない。例えば、高速で鉄合金を加工する場合、摩擦により生じる熱で炭素が鉄に溶解しやすくなるため、これらの道具は他のものよりも非常に摩耗しやすいからである。切削道具においては、切断部分の表面上に焼結した金属(コバルト等)にダイヤモンドの微粒子を分散しているものが多い。このダイヤは産業界で主に多結晶ダイヤモンド(Polycrystalline diamond, PCD)と言われている。PCDは切削工具以外にも採掘用機械にも使用される。

タイトル: アルミニウム合金
純アルミニウムは極めて柔らかく、完全焼きなまし状態での強度は約50N/mmであるが、加工硬化、固溶硬化および析出硬化によって適当な硬さにすることができる。

タイトル: アーマルコライト
端成分は、アーマルコライト ((Mg,Fe)Ti2O5)、シュードブルッカイト (Fe2TiO5)、フェロシュードブルッカイト (FeTi2O5)、カルーアイト (MgTi2O5) である。これらは同形で、すべて直方晶系の結晶構造を有しており、月の石と地球の岩石の中に存在する。ほとんどのアーマルコライトの試料の化学組成は、次のような金属酸化物の和に分解され得る:TiO2(濃度71–76%)、FeO (10–17%)、MgO (5.5–9.4%)、Al2O3 (1.48-2%)、Cr2O3 (0.3-2%)、MnO (0-0.83%)。チタン成分は比較的に一定であるが、マグネシウムの鉄に対する比は変化に富み、その比は普通、1未満である。いわゆるアーマルコライトのCr-Zr-Ca系の多様性は、Cr2O3 (4.3–11.5%)、ZrO2 (3.8–6.2%)、CaO (3-3.

タイトル: 珪孔雀石
銅を含む鉱物が風化することによって生成するため、銅鉱床付近で産出される。宝石としてはモース硬度が低く扱いにくい。そのため、宝石として使う場合は樹脂を含侵させるなどの処置が必要となる。また、樹脂の代わりに石英が浸透したものはジェムシリカと呼ばれている。

タイトル: フェライト磁石
酸化鉄を主原料にしてバリウムやストロンチウムなどを微量加えて焼き固めて作る化合物。焼き固めた後に1μmほどの粒子に粉砕したものを成型し焼結する窯業製品である。ハード・フェライトでは焼結後に電磁石によって着磁することで永久磁石とする。比較的強い磁性を持ちながら安価なため、様々な用途に用いられる。近年は特性を向上させるために、ランタンやコバルトを加える物も製造されている。

タイトル: アンモライト
これが化石化によって霰石の微細構造が変化して構造色を呈する。良質の標本では蛋白石のような虹色、特に緑色や赤色が見られるが、原理的には虹色のような全てのスペクトル色が観察される。この虹色は多くの宝石での屈折光とは異なり、霰石の構造が変化して薄い板状の積み重なった表面層に入った自然光が干渉して反射してきた光である。干渉光の波長は層厚と相関があり、層厚が厚ければより波長の長い赤色や緑色、層厚が薄ければ波長の短い青色、藍色となる。薄い層は脆く構造が安定した厚い層が多く残るため、赤色と緑色が最もよく見られる。発色は表面に近い、構造のみに由来するものであるため、面を新しく切り出しても発色はさほど劇的には現れない。研磨は宝石としての価値を高めるが、反射の方向と厚さを見定めて慎重に研磨する必要がある。