Fabrication of fast superhydrophilic and superhydrophobic metals for thermal energy conversion devices

• Project/Area Number: 16H04531
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Material processing/Microstructural control engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Kikuchi Tatsuya 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60374584)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2018: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2017: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2016: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
• Keywords: アノード酸化 / 超親水 / 超撥水

Outline of Final Research Achievements

The fabrication of superhydrophilic and superhydrophobic aluminum surfaces was achieved by anodizing aluminum in pyrophosphoric acid and subsequent self-assembled monolayer (SAM) modification. The anodizing of aluminum and its alloys in a pyrophosphoric acid solution caused the formation of numerous alumina nanofibers on the surface. The nanofiber-covered aluminum surfaces exhibited a superhydrophilic behavior. As the alumina nanofibers were modified with SAMs, the aluminum surface was drastically shifted to superhydrophobicity from superhydrophilicity. The wettability of the aluminum surface can be easily controlled via pyrophosphoric acid anodizing and SAM modification.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

アルミニウムの表面を高速で水が濡れ広がる超親水性から、水をよくはじく超撥水性まで、濡れ性をさまざまに制御できる新しい技術を確立しました。アルミニウムをピロリン酸によりアノード酸化すると、無数のアルミナナノファイバーがアルミニウム表面に生成し、超親水性を発現します。また、アルミナの表面を撥水性の分子によって修飾すると、超撥水性が発現します。アノード酸化および分子修飾の最適化によって、アルミニウム表面の濡れ性を容易に制御することができます。

Research Products

• [Journal Article] 表面ナノ構造に基づく新規機能性アルミニウム材料の開発 (2018)
  • Author(s): 菊地竜也、中島大希、池田大樹、近藤竜之介、河原魁、國本海斗、岩井愛、鈴木雄介、秋谷俊太、竹永章正、西長理、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Journal Title: 軽金属 Volume: 68 Pages: 211-218
  • NAID: 130007422123
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] アルミニウムのポーラス型アノード酸化皮膜 (2018)
  • Author(s): 菊地竜也、岩井愛、中島大希、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Journal Title: 表面技術 Volume: 69 Pages: 554-561
  • NAID: 130007657357
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superhydrophilic and superhydrophobic aluminum alloys fabricated via pyrophosphoric acid anodizing and fluorinated SAM modification (2017)
  • Author(s): Ryunosuke Kondo, Daiki Nakajima, Tatsuya Kikuchi, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • Journal Title: Journal of Alloys and Compounds Volume: 725 Pages: 379-387
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.07.183
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Superhydrophilicity of a nanofiber-covered aluminum surface fabricated via pyrophosphoric acid anodizing (2016)
  • Author(s): Daiki Nakajima, Tatsuya Kikuchi, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • Journal Title: Applied Surface Science Volume: 389 Pages: 173-180
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.06.088
  • NAID: 120006543289
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] アノード酸化によるアルミナナノファイバーの作製と表面機能化 (2016)
  • Author(s): 菊地竜也、中島大希、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Journal Title: 表面技術 Volume: 67 Pages: 527-532
  • NAID: 130006110021
  • Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ピロリン酸アノード酸化による高速超親水・滑落性制御型超撥水アルミニウム材料の創製 (2019)
  • Author(s): 菊地竜也、中島大希、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 表面技術協会第139回講演大会
• [Presentation] アルミニウムアノード酸化皮膜の基礎 (2018)
  • Author(s): 菊地竜也
  • Organizer: 表面技術協会ARS第99回例会
  • Invited
• [Presentation] 四ホウ酸ナトリウムを用いたアルミニウムのアノード酸化 (2018)
  • Author(s): 國本海斗、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 表面技術協会第138回講演大会
• [Presentation] Hard Porous Alumina Coatings via Etidronic Acid Anodizing (2018)
  • Author(s): Tatsuya Kikuchi, Akimasa Takenaga, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • Organizer: AiMES 2018, 234th The electrochemical Society Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 塩基性四ホウ酸ナトリウム水溶液を用いたポーラス皮膜の作製 (2018)
  • Author(s): 國本海斗、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 表面技術協会ARS第35回浜名湖コンファレンス
  • Invited
• [Presentation] ナノファイバー形成アルミニウム合金の超撥水性と動的接触角特性 (2018)
  • Author(s): 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 平成29年度 日本鉄鋼協会・日本金属学会両支部合同冬季講演大会
• [Presentation] ピロリン酸アノード酸化によるアルミニウム合金の超親水化・超撥水化 (2017)
  • Author(s): 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 日本金属学会第160回講演大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス（東京都八王子市）
  • Year and Date: 2017-03-15
• [Presentation] ナノファイバー形成アルミニウム合金の超親水化・超撥水化 (2017)
  • Author(s): 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部 2017年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2017-01-18
• [Presentation] ピロリン酸アノード酸化によるアルミナナノファイバーの作製と超撥水化 (2017)
  • Author(s): 中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 化学系学協会北海道支部 2017年冬季研究発表会
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2017-01-17
• [Presentation] ナノファイバー形成アノード酸化法を用いた撥水性・撥油性アルミニウム合金の創製 (2017)
  • Author(s): 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 日本金属学会第161回講演大会
• [Presentation] ピロリン酸アノード酸化によるアルミニウム合金の撥油化 (2017)
  • Author(s): 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 表面技術協会第136回講演大会
• [Presentation] Superhydrophilic and Superhydrophobic Aluminum Alloys Fabricated by Pyrophosphoric Acid Anodizing (2017)
  • Author(s): Tatsuya Kikuchi, Ryunosuke Kondo, Daiki Nakajima, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • Organizer: 232nd ECS Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新規な電解質を用いたアノード酸化によるアルミニウム表面の機能化 (2016)
  • Author(s): 菊地竜也
  • Organizer: 第33回ARS熱海コンファレンス
  • Place of Presentation: 伊豆山研修センター（静岡県熱海市）
  • Year and Date: 2016-10-28
  • Invited
• [Presentation] ピロリン酸アノード酸化によるアルミニウムの超撥水化 (2016)
  • Author(s): 中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 第33回ARS熱海コンファレンス
  • Place of Presentation: 伊豆山研修センター（静岡県熱海市）
  • Year and Date: 2016-10-27
• [Presentation] Growth Behavior of Anodic Alumina Nanofibers Fabricated By Pyrophosphoric Acid Anodizing and Their Hydrophilicity (2016)
  • Author(s): Daiki Nakajima, Tatsuya Kikuchi, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • Organizer: PRiME 2016, 230th ECS Meeting and 2016 Fall Meeting of ECSJ
  • Place of Presentation: Honolulu, USA
  • Year and Date: 2016-10-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ピロリン酸アノード酸化によるアルミニウム表面の超親水化および超撥水化 (2016)
  • Author(s): 中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 表面技術協会第134回講演大会
  • Place of Presentation: 東北大学川内北キャンパス（仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-01
• [Presentation] ナノファイバー被覆アルミニウム表面の濡れ性制御 (2016)
  • Author(s): 中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • Organizer: 日本金属学会・日本鉄鋼協会 両北海道支部合同夏季サマーセッション
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市）
  • Year and Date: 2016-07-01
• [Book] ナノファイバーの製造・加工技術とその応用事例（仮） アノード酸化によるアルミナナノファイバーの作製 (2019)
  • Author(s): 菊地竜也、中島大希（分担執筆）
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] 超親水・親油性表面の技術（アノード酸化アルミナナノファイバーによるアルミニウム表面の高速超親水化技術） (2018)
  • Author(s): 菊地竜也、中島大希（分担執筆）
  • Total Pages: 10
  • Publisher: サイエンス＆テクノロジー
  • ISBN: 9784864281713
• [Remarks] 高速超親水および滑落性制御型超撥水・超撥油表面の構築
  • URL: https://seeds.mcip.hokudai.ac.jp/jp/view/378/