| 研究課題/領域番号 |
21K04738
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26060:金属生産および資源生産関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
藤野 茂 九州大学, グローバルイノベーションセンター, 教授 (10304833)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | シリカガラス / 粉末焼結 / 光重合反応 / 成形加工 / 省エネルギー製造プロセス / 透明 / ３D プリンタ / 積層造形 / 焼結 / 光重合 / 付加製造法 / 光造形 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
シリカ（SiO2）は地殻の表層構成元素の約75％を占めており、従来から天然の石英の結晶である水晶をはじめ、多量に利用されてきた重要な基礎素材である。高純度SiO2のみからなるシリカガラスは，低膨張性、機械的強度，化学的耐久性，熱的安定性，高い光透過特性を有することから，半導体分野のみならず、次世代の安心、安全スマート社会を支える医療、光学、電子デバイス分野において複雑形状を有するシリカガラスの開発が期待されている。本研究では、新規な3次元光造形技術を用いて、多様な形状と機能性を有するシリカガラスの製造プロセスの提案とその基礎的知見を得る。
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| 研究実績の概要 |
光・電子部品産業ならびに医療機器向けに、安価で複雑形状を有する3次元構造ガラス（3Dシリカガラス）の開発が望まれている。しかしながら、製造プロセスの複雑さ、多大な熱エネルギー消費等の問題により、3Dシリカガラスの研究開発の進展は樹脂や金属に比べ遅れている。本研究では基礎的見地から未だ解明されていない光造形法による3Dガラス製造プロセスの提案を行い、製造プロセスの材料設計指針を明らかにする。具体的には出発原料である光硬化性モノマー溶液中のシリカ粒子の分散・凝集状態特性を実験的に把握するため、シリカ分散スラリーの粘度に及ぼすモノマーの影響について溶解度パラメータ(SP値)を用いて考察し、シリカガラスの光造形プロセスの解明することを目的とする。従来、ガラス、セラミックスをはじめとするバインダーを用いた機能性複合材料製品は原料粉末を分散媒中に分散させたスラリーの状態で扱われ、その後の工程として、脱水、乾燥などを得て最終製品となる。すなわち、出発原料であるスラリー特性の十分な理解と制御が重要となる。
本研究期間内にて単官能、多官能アクリルモノマー溶媒の選定と設計に際し、10種類の様々な分子構造を有する溶解度パラメーター (SP値)をFedors法により求め、シリカ粒子とモノマーの相互作用の指標として粘性測定を行った。その結果、シリカ粒子のSP値との差が小さいモノマーになるにつれ、粘性値は低下し、分散性が向上することを明らかにした。得られた成果をもとに、シリカ粒子/モノマーナノコンポジット成形体を光造形法により作製し、透明焼結シリカガラスの製造プロセスを提案した。
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