炭素材料の不均一度測定法の確立と材料機能性との相関に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11124206
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 西川 恵子 千葉大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (60080470)
• 研究分担者: 西澤 節 株式会社神戸製鋼, 科学環境研究所, 主任研究員
• キーワード: 小角X線散乱 / 細孔構造 / ガラス状炭素 / フェノール炭 / フラン炭 / イミド炭 / 表面フラクタル / 炭素繊維

研究概要

炭素材料は、存在の形態の多様性で特徴づけられる。その多様性を構造の面から表すならば多孔性であるか否か、また多孔性であるならばその孔の形状や分布がどのようになっているかに集約できると思われる。炭素の物性の多様性、材料としての機能の多様性も、多くの場合この空孔の多様性に起因していると言える。本研究は、さまざまな炭素材料を炭素部分と空孔との二元系ととらえ、構造と分布をX線回析法(広角散乱、小角散乱)を用いて探ることを目的としてスタートした。そして、多孔性炭素材料のporeの構造と分布状態を調べるのには、小角X線散乱法が最も適していることを示した。
この間に行なった研究は、1)実験室で使える精度良い小角X線散乱装置の立ち上げおよび実際の炭素材料への適用と解析法の模索である。形態からみた細孔構造の代表的なものとして、2)ガラス状炭素、3)石炭、4)ポリマーブレンドから調整した多孔性炭素繊維を取り上げた。2)のガラス状炭素は、閉孔構造の代表として位置付けられる。出発物質をフェノール樹脂、フラン樹脂、イミド樹脂と変え、出発物質の違いによる細孔構造への影響、また、それぞれについて焼成温度による細孔構造の違いを議論した。3)の石炭については、石炭を孔の階層構造を形成している代表例と位置付け、フラクタル的概念での構造表現を試み、フラクタル次元が石炭の性質や機能と結びつけられるか否かを検討した。4)の試料は、熱分解により消失する気孔形成樹脂の大きさや形状は出発段階でわかっているが、紡糸や焼成する際どのように気孔を生じ変形するか、その大きさと形を解明した。

研究成果

• [文献書誌] T.Nakagawa、K.Nishikawa and I.Komaki: "Change of Surface Fractal Dimension for Witbank Coal with Heat Treatment Studied by Small Angle X-ray Scattering"Carbon. 37. 520-522 (1999)
• [文献書誌] T.Ohkubo、T.Iiyama、K.Nishikawa、T.Suzuki and K.Kaneko: "Pore-Width-Dependent Ordering of C_2H_5OH Molecules Contained in Graphitic Slit Nanopores"The Journal of Physical Chemistry. B103. 1859-1863 (1999)
• [文献書誌] Y.Kasahara and K.Nishikawa: "Construction of Small-angle X-ray Scattering Diffractometer by Use of Asymmetric-Cut Monochromator"Japanese Journal of Applied Physics. 39. 343-344 (2000)
• [文献書誌] 西川恵子: "小角X線散乱法による多孔質炭素材料の細孔構造の研究"炭素. 192. 71-76 (2000)
• [文献書誌] T.Nakagawa、I.Komaki、I.Komaki、M.Sakawa and K.Nishikawa: "Fractal Structural Change of Witbank Coal with Heat Treatment Studied by Small Angle X-ray Scattering"Fuel. (印刷中). (2000)
• [文献書誌] K.Fukuyama、Y.Kasahara、N.Kasahara、A.Ohya and K.Nishikawa: "Small Angle X-ray Scattering Study on Pore Structure of Porous Carbon Fiber Prepared by Polymer Blend Technique"Carbon. (印刷中). (2000)