2020 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of highly permselective silica membranes at ordinary temperatures and pressures using atmospheric-pressure plasma-enhanced chemical vapor deposition
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18K04814
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
長澤 寛規 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (30633937)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 大気圧プラズマ / 化学気相蒸着 / 有機無機ハイブリッドシリカ膜 / 分子ふるい膜 / 常温常圧製膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，大気圧非平衡プラズマを用いた化学気相蒸着法（大気圧プラズマCVD）により，高透過選択性を示す有機無機ハイブリッドシリカ膜の低温製膜の実現を目指すものである．2019年度までに，シリカ前駆体の分子構造や原料ガス組成によって大気圧プラズマCVDシリカ膜の透過特性を制御できる可能性を明らかにしたが，分子サイズの小さい水素のみを選択的に透過できる緻密なシリカネットワーク構造を得るには至らなかった．そこで2020年度は，水素透過選択性の向上を目指した検討を重点的に行った．具体的には，放電ガスの主成分である希ガスの構成を調整（ヘリウムとアルゴンを任意の割合で混合）することで，プラズマ中での反応を制御し，任意のシリカネットワーク構造を有する膜を得る精密製膜技術の確立を目指した．放電ガスとしてアルゴンを用いた場合，得られたシリカ膜は高い水素透過率（3×10-6 mol/(m2 s Pa)）を示したが，水素/窒素選択率は10以下で充分な分子ふるい性は示さなかった．一方，放電ガスとしてヘリウムを用いた場合，水素透過率は数分の一に低下したものの，水素/窒素選択率が20～50倍の分子ふるい性を示す緻密なシリカ膜が得られた．さらに，放電ガスとして用いるヘリウムとアルゴンの混合比を制御することで，任意の細孔径を有するシリカ膜が製膜できる可能性も明らかにした．さらに，得られた膜の耐熱性や耐水蒸気性の評価も実施し，大気圧プラズマCVDシリカ膜は200度以下の低温で製膜したものであるにもかかわらず，高温や水蒸気共存下でも安定した気体透過性能を有することを確認した．これらの成果は，大気圧プラズマCVD法を用いることで，分子ふるい性を示しかつ安定なシリカ膜を従来法と比較して温和な条件でも製膜可能であることを明らかにする画期的な成果である．
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