新エマルジョン法による多成分セラミックス単分散粒子合成の実用化

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555669
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 水谷 惟恭 東京工業大学, 工学部, 教授 (60016558)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 桜井 修 東京工業大学, 工学部, 教務職員 (20108195) ; 篠崎 和夫 東京工業大学, 工学部, 助教授 (00196388)
• Keywords: 球状粒子 / 粒径制御 / アルコキシドエマルジョン / 混合溶媒 / 加水分解反応 / HPC濃度 / 内部構造 / 熱的変化

Research Abstract

本研究ではアセトニトリル-n-オクタノール混合溶媒中で、アルコキシドエマルジョンの加水分解反応を利用して得られる球状粒子の合成と粒径制御を目的として行った。
加水分解反応以前の溶液の状態を把握するために、混合溶媒各組成に対してTi(OC_4H_9)_4の溶解度を決定した。アセトニトリル濃度の増加に伴うTi(OC_4H_9)_4の溶解度は急激に低下し、60vol%以上においては0となり、アルコキシドは溶液中ではエマルジョン、もしくは液体となって沈降していた。またHPC濃度がエマルジョンの安定性に及ぼし、エマルジョンが安定に存在するための最小のHPC濃度が存在することが分かった。
次に、超音波乳化による溶液の充分な均質化を行うことにより、これまで単分散の微粒子が得られなかった高アセトニトリル濃度において比較的粒径の揃った球状粒子を得ることが可能となった。また粒径に影響を及ぼすと思われる幾つかのパラメーターについて調べ、混合溶媒組成の変化に対して0.5〜6μmまでの変化([Ti(OC_4H_9)_4]=0.1mol/l,[H_2O]=0.5mol/l,[HPC]=0.2g/l)が見られ、HPC濃度に対して0.5〜200μmまでの変化([Ti(OC_4H_9)_4]=0.1mol/l,[Acetonitril]=80vol%,[H_2O]=0.5mol/l)が見られた。この時、合成のin-situ観察を行い、数100μmの粒径の粒子における加水分解反応の反応における知見を得た。
数10〜100μmの生成粒子については内部構造及び熱的変化について調べた。as-preparedの粒子では内部が中実でほぼ均質、もしくは中心部に幾らかの空間を持つ中空な構造であることが分かった。熱的変化を調べた結果、as-prepared粒子は50wt%以上の残留有機物を有し、このうち未反応アルコキシドに起因するものは熟成時間を長くとることで減少可能である事が分かった。粒子は900℃までの加熱によって、その外形をほぼ保つが内部構造については中実な物と、直径の50%以上を占める空間を持つ中空な物が存在することが分かった。

Research Products

• [Publications] 萩原隆、水谷惟恭: "エマルション法によるセラミックス単分散微粒子の合成" Inorganic Materials. 3・5. 177-187 (1996)
• [Publications] 萩原隆、水谷惟恭: "エマルション法からの単分散粒子の調整とその生成現象" 材料科学. 33・4. 183-185 (1996)
• [Publications] 水谷惟恭、篠崎和夫: "Siober型単分散粒子の核生成と成長" Inorganic Materials. 4・5(印刷中). (1997)