スラリーの乾燥により得られる多孔質膜構造の形成過程に関する研究

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15343
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分27010:移動現象および単位操作関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 弘中 秀至 九州大学, 工学研究院, 助教 (90804659)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 多孔質膜 / 湿式プロセス / 塗布 / エネルギー関連機器 / 透過率 / 細孔径分布 / 物性評価

研究成果の概要

本研究では，湿式プロセスで作製される機能性多孔質膜における不均質な構造を実験的に再現するために，成膜条件を変更することで多孔質構造を制御する実験を実施した．変更すべき条件は，分散質の比表面積，スラリー中の粒径分布およびブレードと基板の間のギャップとした．得られた多孔質膜に対して膜厚，表面粗さおよび透過率を評価した．膜厚はスラリー中の粒径分布に影響されなかった．表面粗さは分散質の種類よりもスラリー中の分散質の凝集状態に影響されることがわかった．透過率は，比表面積の大きな分散質で小さくなった．これは，比表面積の大きな分散質は緻密に堆積するためであると考えられる．

自由記述の分野

化学工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られた知見は，今後の環境・エネルギーに関連した機器の部材を高性能化するために重要な示唆を与えるものである．既存の材料で作製される多孔質膜の性能を最大限活用するための成膜プロセスおよび材料の選定について，重要な知見を示した．すなわち，湿式プロセスで作製される多孔質膜の透過率や表面粗さなどの物性と成膜条件の関係に関する実例を示すとともに，ウェット膜から乾燥後の多孔質構造が形成される過程の示唆を与えた．本研究は，燃料電池の触媒層等，既に使用されている多孔質膜の性能を向上させるために，新たに材料を開発する際の方針および既存の材料を用いた場合の性能向上に関する指針になりうると考える．