2016 Fiscal Year Annual Research Report
Processing and property of hydrophobic oxide ceramics without using organic compounds
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15H04120
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中島 章 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (00302795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
磯部 敏宏 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (20518287)
松下 祥子 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (50342853)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 撥水 / 酸化物 / 有機物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度は、合成空気中で焼成することにより得られる撥水性酸化物セラミックスの特性をさらに広範囲で検討し、従来のシラン等を用いた撥水表面との比較からさらに特徴づけを行うこと、バルクセラミックス以外の形態の材料に関してその可能を探ることを進めた。これまでは希土類酸化物のセラミックスが中心であったが、今回、水熱法でZnOナノロッドアレイ薄膜をSi上に合成し、それを合成空気中で焼成することで、未焼成の試料に比べ顕著に撥水化速度が向上すること、また合成空気ではない、通常の大気雰囲気で焼成を行うと逆に撥水化しにくくなることが明らかになった。このことは、撥水性を与える機構が、焼成後の雰囲気中の炭素分の吸着に依存し、合成空気中で焼成された酸化物表面は、通常の酸化物表面に比べて炭素吸着が起こりやすいという昨年度までの知見と一致する。
また金属チタン板や金属チタンメッシュ上に形成した酸化チタンのナノチューブアレイコーティングとこの技術を融合して作製した超撥水材料は、1カ月以上にわたり、屋外でその高度な撥水性を維持することが判った。これら一連の結果から、熱平衡プロセスに近い焼結過程であっても、合成空気雰囲気を効果的に利用することで、これまで以上に広範囲の酸化物に対して、その表面の撥水性を向上することが可能であることが明らかになった。
さらに、本技術の展開となる固体/液体ハイブリッド材料に関して含浸するオイル表面に設置する液滴の相対粘性が、液滴の転落挙動に与える影響を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成28年度は、合成空気中で焼成することにより得られる撥水性酸化物セラミックスの特性をさらに広範囲で検討し、従来のシラン等を用いた撥水表面との比較から、さらに特徴づけを行うこと、バルクセラミックス以外の形態の材料に関してその可能を探ることを進めた。そして水熱法で得られるZnOナノロッドアレイ薄膜にこの技術を適用すると、未焼成の試料に比べ顕著に撥水性が高まること、また合成空気ではない、通常の大気雰囲気で焼成を行うと逆に撥水化しにくくなることが判った。このことは、昨年までの検討で得られている、撥水性を与える機構が、焼成後の雰囲気中の炭素分の吸着に依り、合成空気焼成はそのための効果的な状態を酸化物表面い形成する、という考察と矛盾しない。雰囲気に水分が著しく少ない合成空気中のような環境下で形成される表面状態は、通常の大気雰囲気とは異なる可能性を示唆している。現在、赤外分光法により水酸基の定量を試みている。
また金属チタン板や金属チタンメッシュ上に形成した酸化チタンのナノチューブアレイコーティングとこの技術を融合して作製した超撥水材料は、1カ月以上にわたり、屋外でその高度な撥水性を維持することを明らかにした。一連の検討から、この手法により多くの酸化物を、有機物を用いることなく撥水化できる可能性が開けたと言える。またその機構もかなり明確になり、現段階で本研究の目標の多くはほぼ実施できたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の目的は、申請者らが独自に見出した「合成空気を用いた焼成」により、各種酸化物表面が撥水性を示すようになるメカニズムを明らかにするとともに、当該プロセスの適用範囲（温度および元素)を明確にし、その特徴付けを行うとともに、これまで報告されていなかった酸化物固体表面の化学結合に関する新規概念を構築し、この技術をセラミックスのバルク材だけでなく、コーティング薄膜や粉にも展開することで、酸化物セラミックスに対する、有機物を使わない環境に優しい撥水処理方法を確立し、これを用いた省エネルギー技術の開発に繋げていくことにある。
プロセスと撥水化の関係については本年までの検討でほぼ明らかになったと思われる。
次年度は本年度までに得られた成果をさらに発展させ、合成空気中で焼成することにより得られる撥水性酸化物セラミックスの静的/動的撥水性をさらに詳細に検討するとともに、これらを用いて省エネルギー技術の開発に繋げて行く。表面摩擦力や流動抵抗も評価し、固体/液体ハイブリッド撥水材料への適用の可能性も調査する。さらにライデンフロスト現象の評価も行い、撥水性能の耐熱性も見極める。またバルクや薄膜だけでなく、粉の材料に対しても適用を試みる。
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