| 研究課題/領域番号 |
16310077
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
辻井 薫 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40360945)
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| 研究分担者 |
眞山 博幸 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (70360948)
松尾 剛 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (10300899)
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| キーワード | 表面・界面物性 / メゾスコピック系 / ナノ材料 / 自己組織化 / フラクタル / フラクタル立体 |
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| 研究概要 |
本研究では、数学的概念であるフラクタル(自己相似性)を表面や立体の構造に取り入れることで、ユニークな機能を発現する材料開発およびその応用を目指している。前年度に引き続き、H18年度には、(1)耐久性のある超撰水/高撥油表面作製、(2)ワックスの自己組織的フラクタル構造形成のメカニズム、(3)フラクタル立体の作製とそのキャラクタリゼーションの研究を行った。
(1)耐久性のある超撥水/高撥油表面作製:昨年度までに、電解酸化重合による導電性高分子(ポリアルキルピロール)膜により、耐久性のある超撥水フラクタル表面の作製に成功し、論文発表した。この表面は、90℃で長時間保存したり(耐熱性)、様々な溶媒(アルコール、アセトン、油脂等)中に浸した後(耐薬品性)、接触角が変化しないことを確認した。更に、このポリアルキルピロール膜表面を、フッ素系シランカップリング剤で処理することにより、油もはじく表面の作製に成功した。本年度はこの研究を進展させ、アルキルピロールモノマーそのものをフッ素化することを試みた。このフッ素化アルキルピロールの電解酸化重合により、水の接触角が152°で、油の接触角が138°の膜の合成に成功した。またこの膜は、油の転落角がフッ素系シランカップリング剤で処理した膜よりも格段に小さく、より実用化に近い優れた膜であることが判明した。本研究の成果を、特許出願した。
(2)ワックスの自己組織的フラクタル構造形成のメカニズム:一種のワックスであるアルキルケテンダイマー(AKD)は、融液から結晶化させると、自己組織(自発)的にフラクタル構造を形成する。この現象の発見が、本研究の出発点になっているのであるが、何故に自発的にフラクタル構造が形成されるのかは不明であった。本年度はこの研究に取り組み、フラクタル構造形成のメカニズムを明らかにした。AKDとトリグリセリドワックスを用いて、援水性の時間変化、X線結晶構造解析、DSCなどの測定を行った結果、次の機構が明らかになった。融液から結晶化する際、一旦準安定な結晶形になり、その準安定な結晶相が熱力学的に安定な結晶相に転移する過程でフラクタル構造が形成される。準安定相を持たないワックスは、決してフラクタル構造を形成することはなかった。
(3)フラクタル立体の作製とそのキャラクタリゼーション:フラクタル立体は理論的には表面積無限大・体積無限小であるという性質を有するため、断熱材、触媒、エネルギーの閉じ込め等の機能が期待される。昨年度までにシリカのフラクタル立体の作製法を確立し、数学的モデルであるMenger's spongeに近い構造を有する立体の作製に成功した。本年度は、このフラクタル立体のキャラクタリゼーションを行った。窒素ガス吸着法による比表面積の測定、水銀圧入法によるポロシティの測定を行った。その結果、断面の電子顕微鏡観察とよく合う孔径分布が得られた。また、この方法を他の材料に展開する検討を続けている。
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