高速超親水・超撥水金属材料の創製と熱エネルギー交換デバイスへの応用

• 研究課題/領域番号: 16H04531
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 材料加工・組織制御工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 菊地 竜也 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60374584)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2017年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2016年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
• キーワード: アノード酸化 / 超親水 / 超撥水

研究成果の概要

アルミニウムのピロリン酸アノード酸化と自己組織化単分子膜（SAM）修飾により、超親水・超撥水アルミニウム表面を創製した。純アルミニウムおよびアルミニウム合金をピロリン酸溶液中に浸漬してアノード酸化すると、アルミニウム表面に無数のアルミナナノファイバーが生成した。ナノファイバー形成アルミニウム表面は超親水性を示した。アルミナナノファイバーにSAMを修飾すると、アルミニウム表面の濡れ性は超親水性から超撥水性へと、ドラスティックに変化した。ピロリン酸アノード酸化およびSAM修飾により、アルミニウム表面の濡れ性を容易に制御する技術を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

アルミニウムの表面を高速で水が濡れ広がる超親水性から、水をよくはじく超撥水性まで、濡れ性をさまざまに制御できる新しい技術を確立しました。アルミニウムをピロリン酸によりアノード酸化すると、無数のアルミナナノファイバーがアルミニウム表面に生成し、超親水性を発現します。また、アルミナの表面を撥水性の分子によって修飾すると、超撥水性が発現します。アノード酸化および分子修飾の最適化によって、アルミニウム表面の濡れ性を容易に制御することができます。

研究成果

• [雑誌論文] 表面ナノ構造に基づく新規機能性アルミニウム材料の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊地竜也、中島大希、池田大樹、近藤竜之介、河原魁、國本海斗、岩井愛、鈴木雄介、秋谷俊太、竹永章正、西長理、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 雑誌名: 軽金属 巻: 68 ページ: 211-218
  • NAID: 130007422123
  • 査読あり
• [雑誌論文] アルミニウムのポーラス型アノード酸化皮膜 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊地竜也、岩井愛、中島大希、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 雑誌名: 表面技術 巻: 69 ページ: 554-561
  • NAID: 130007657357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superhydrophilic and superhydrophobic aluminum alloys fabricated via pyrophosphoric acid anodizing and fluorinated SAM modification (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryunosuke Kondo, Daiki Nakajima, Tatsuya Kikuchi, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 725 ページ: 379-387
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.07.183
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superhydrophilicity of a nanofiber-covered aluminum surface fabricated via pyrophosphoric acid anodizing (2016)
  • 著者名/発表者名: Daiki Nakajima, Tatsuya Kikuchi, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 389 ページ: 173-180
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.06.088
  • NAID: 120006543289
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] アノード酸化によるアルミナナノファイバーの作製と表面機能化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 菊地竜也、中島大希、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 雑誌名: 表面技術 巻: 67 ページ: 527-532
  • NAID: 130006110021
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] ピロリン酸アノード酸化による高速超親水・滑落性制御型超撥水アルミニウム材料の創製 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊地竜也、中島大希、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 表面技術協会第139回講演大会
• [学会発表] アルミニウムアノード酸化皮膜の基礎 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊地竜也
  • 学会等名: 表面技術協会ARS第99回例会
  • 招待講演
• [学会発表] 四ホウ酸ナトリウムを用いたアルミニウムのアノード酸化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 國本海斗、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 表面技術協会第138回講演大会
• [学会発表] Hard Porous Alumina Coatings via Etidronic Acid Anodizing (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kikuchi, Akimasa Takenaga, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • 学会等名: AiMES 2018, 234th The electrochemical Society Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 塩基性四ホウ酸ナトリウム水溶液を用いたポーラス皮膜の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 國本海斗、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 表面技術協会ARS第35回浜名湖コンファレンス
  • 招待講演
• [学会発表] ナノファイバー形成アルミニウム合金の超撥水性と動的接触角特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 平成29年度 日本鉄鋼協会・日本金属学会両支部合同冬季講演大会
• [学会発表] ピロリン酸アノード酸化によるアルミニウム合金の超親水化・超撥水化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 日本金属学会第160回講演大会
  • 発表場所: 首都大学東京南大沢キャンパス（東京都八王子市）
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] ナノファイバー形成アルミニウム合金の超親水化・超撥水化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 化学系学協会北海道支部 2017年冬季研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2017-01-18
• [学会発表] ピロリン酸アノード酸化によるアルミナナノファイバーの作製と超撥水化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 化学系学協会北海道支部 2017年冬季研究発表会
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2017-01-17
• [学会発表] ナノファイバー形成アノード酸化法を用いた撥水性・撥油性アルミニウム合金の創製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 日本金属学会第161回講演大会
• [学会発表] ピロリン酸アノード酸化によるアルミニウム合金の撥油化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤竜之介、中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 表面技術協会第136回講演大会
• [学会発表] Superhydrophilic and Superhydrophobic Aluminum Alloys Fabricated by Pyrophosphoric Acid Anodizing (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kikuchi, Ryunosuke Kondo, Daiki Nakajima, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • 学会等名: 232nd ECS Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 新規な電解質を用いたアノード酸化によるアルミニウム表面の機能化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 菊地竜也
  • 学会等名: 第33回ARS熱海コンファレンス
  • 発表場所: 伊豆山研修センター（静岡県熱海市）
  • 年月日: 2016-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] ピロリン酸アノード酸化によるアルミニウムの超撥水化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 第33回ARS熱海コンファレンス
  • 発表場所: 伊豆山研修センター（静岡県熱海市）
  • 年月日: 2016-10-27
• [学会発表] Growth Behavior of Anodic Alumina Nanofibers Fabricated By Pyrophosphoric Acid Anodizing and Their Hydrophilicity (2016)
  • 著者名/発表者名: Daiki Nakajima, Tatsuya Kikuchi, Shungo Natsui, Ryosuke O. Suzuki
  • 学会等名: PRiME 2016, 230th ECS Meeting and 2016 Fall Meeting of ECSJ
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2016-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] ピロリン酸アノード酸化によるアルミニウム表面の超親水化および超撥水化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 表面技術協会第134回講演大会
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス（仙台市）
  • 年月日: 2016-09-01
• [学会発表] ナノファイバー被覆アルミニウム表面の濡れ性制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中島大希、菊地竜也、夏井俊悟、鈴木亮輔
  • 学会等名: 日本金属学会・日本鉄鋼協会 両北海道支部合同夏季サマーセッション
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2016-07-01
• [図書] ナノファイバーの製造・加工技術とその応用事例（仮） アノード酸化によるアルミナナノファイバーの作製 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊地竜也、中島大希（分担執筆）
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 超親水・親油性表面の技術（アノード酸化アルミナナノファイバーによるアルミニウム表面の高速超親水化技術） (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊地竜也、中島大希（分担執筆）
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: サイエンス＆テクノロジー
  • ISBN: 9784864281713
• [備考] 高速超親水および滑落性制御型超撥水・超撥油表面の構築
  • URL: https://seeds.mcip.hokudai.ac.jp/jp/view/378/