ゾル-ゲル法で得られる酸化物ゲルの安定性に対する熱力学的アプローチ

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07651017
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• Research Institution: The University of Shiga Prefecture
• Principal Investigator: 松岡 純 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (20238984)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 智 滋賀県立大学, 工学部, 助手 (20275168)
• Keywords: ゾル-ゲル法 / シリカガラス / 生成エンタルピー / 真空紫外反射率 / 反応熱 / アルコキシド

Research Abstract

1.本年度購入の熱量計を用いて測定したシリカゾル溶液とフッ酸の反応熱測定から、酸触媒と多量の水を含む溶液から得られるゾル溶液の生成エンタルピー(Hf)を、ゲル化反応時間の関数として求めた。ゲル化反応開始直後には、アルコキシドの加水分解によりHfは負の方向へ急激に増加した。加水分解終了後はHfはゆっくりと負の方向へ増加し、その速度は反応時間と共に低下したが、ゲル化点近傍で特別な変化はなかった。
また、Hfの時間発展に出発溶液組成が大きく影響することが判明し、さらに、重縮合の初期にはHfの時間発展がゾル溶液の粘性と関係していることがわかった。
2.ケイ素アルコキシドのゾル-ゲル反応において、反応初期のアルコキシドの加水分解段階では反応速度が速く反応熱も大きいため、当初の計画である(1)の方法よりもアルコキシドと水の反応熱を直接測定する方が、簡単に信頼性の高い熱力学データを得られることがわかった。その測定の結果、混合直後は大きな発熱や吸熱の反応は生じないが、混合後数分〜数十分(酸触媒をアルコキシドに対し0.01mol/mol含む場合)で大きな発熱が観測され、その後は大きな反応熱は発熱、吸熱共に生じないことがわかった。
3.ケイ素アルコキシドから得られるゲル膜を種々の温度で予備焼成後に800℃で本焼成してガラス化し、真空紫外反射率の測定を行った。予備焼成温度により反射スペクトルの励起子ピーク位置が異なり、400℃の予備焼成すると溶融法で作製したガラスにほぼ近いピーク位置になることが見出され、ゲルから得られるガラスは焼成条件により電子構造が異なることが明らかになった。