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Synthesis of polycontinuous porous structure using surfactants

Planned

Project AreaDiscrete Geometric Analysis for Materials Design
Project/Area Number 17H06467
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

高見 誠一  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40311550)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 遠藤 明  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 副研究部門長 (30356604)
Project Period (FY) 2017-06-30 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥109,980,000 (Direct Cost: ¥84,600,000、Indirect Cost: ¥25,380,000)
Fiscal Year 2021: ¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000)
Fiscal Year 2018: ¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000)
Fiscal Year 2017: ¥31,980,000 (Direct Cost: ¥24,600,000、Indirect Cost: ¥7,380,000)
Keywords極小曲面 / ナノコンポジット薄膜 / セラミックスナノ粒子 / 酸化ジルコニウムナノ粒子 / 幾何学 / ナノコンポジット / 3Dリソグラフィー / セラミックスコンポジット薄膜 / 金属原子含有界面活性イオン液体 / 石けん膜 / 微細加工 / イオン液体 / 界面活性剤 / ナノ粒子含有薄膜 / 多連続構造 / 多孔質構造 / 数学連携 / 多連続
Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの研究により、マイクロメートル程度のサイズの枠構造上にZrO2ナノ粒子を含むポリマー水溶液の膜を形成・乾燥することで極小曲面の構造を持つナノコンポジット薄膜を形成することに成功した。このナノコンポジット薄膜は乾燥後の段階で67 wt%のセラミックスナノ粒子を含むが、さらに高濃度の膜が実現できれば、形成した膜を焼成することでセラミックスから構成され、極小曲面の複雑な形状を有する膜を形成することも可能となろう。そこで今年度は、より高いセラミックス濃度を持つナノコンポジット極小曲面の形成を試みた。まず既報の文献を参考とし、純水にZrO2ナノ粒子を添加し、ここに没食子酸プロピルを加え、さらにpHをアルカリ性にすることで、ZrO2ナノ粒子自体が界面活性剤として機能するナノ粒子分散液を調製した。このナノ粒子分散液を用い、これまでに極小曲面を形成した枠状への極小曲面の形成を試みたところ、溶液状態では極小曲面の形状の膜を形成することを確認した。この膜におけるZrO2ナノ粒子の濃度は90 wt%を超えるが、ここから乾燥をするとクラックが生じてしまうため、少量のPVAを添加してクラックの存在しないセラミックス膜の形成を試みた。その結果、クラックの存在しないセラミックス膜の形成が可能となり、乾燥後のZrO2ナノ粒子の濃度は82 wt%程度と従来よりも高い粒子濃度を実現した。また、ナノ粒子分散液を形成する溶媒としてエタノールを用いた所、緻密な膜は形成できなかったが、ZrO2ナノ粒子が数十マイクロメートル程度の球状の構造を形成し、これが堆積・乾燥して階層的な構造を持つ膜が得られることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

目的としているセラミックスナノ粒子を高濃度に含む極小曲面の形成が可能となり、ポリマーの添加量の調整によりクラックの発生を抑制できることを確認したため。また、エタノールを溶媒として用いる場合には、多孔質の構造を有する極小曲面が形成され、様々な応用にが期待できるため。

Strategy for Future Research Activity

今年度までに高濃度のZrO2ナノ粒子を含むナノコンポジット材料の合成に成功したが、他の酸化物ナノ粒子では試していない。そこで、ZrO2以外のナノ粒子についてもナノコンポジット極小曲面薄膜の合成に取り組む。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report

Research Products

(7 results)

All 2021 2020 2019 2018 2017

All Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 2 results)

  • [Presentation] セラミックスナノコンポジット極小曲面薄膜の合成2021

    • Author(s)
      髙見誠一
    • Organizer
      日本物理学会 第 76 回年次大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] セラミックスナノコンポジット極小曲面薄膜の合成2020

    • Author(s)
      髙見誠一, 高井陸斗, 吉原明典
    • Organizer
      化学工学会第51回秋季大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of micrometer-size complicated nanocomposite film structures designed by mathematics2019

    • Author(s)
      Seiichi Takami
    • Organizer
      Polymers and networks via topology and entanglement
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Challenge with mathematics to fabricate microstructures using minimal surfaces2019

    • Author(s)
      Seiichi Takami
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Preparation of ZrO2 Nanocomposite Film using Minimal Surface as Template2019

    • Author(s)
      Rikuto Takai, Seiichi Takami
    • Organizer
      PACRIM13
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 極小曲面を利用したナノ・マイクロ構造の形成2018

    • Author(s)
      高井陸斗、髙見誠一
    • Organizer
      ナノ学会第16回大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 数学との連携に基づく極小曲面を利用したナノ・ミクロ構造への挑戦2017

    • Author(s)
      髙見誠一
    • Organizer
      第11回 物性科学領域横断研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-07-04   Modified: 2021-12-27  

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