エレクトロ・アコースティック限外濾過によるナノ粒子充填層の湿式構造制御

ナノ粒子の充填によって構成される多孔質材料の製造を目的として、簡便かつ大量に充填層を形成させることが可能な膜分離法に着目し、ナノ粒子懸濁液を膜分離することによって多孔質成形体の原形となるナノ粒子充填層を膜面上に形成させる手法について検討した。この場合、膜のみのプロセッシングによって充填構造を自由自在に制御するのは不可能なため、エレクトロ・アコースティック効果、すなわち超音波の照射による粒子の分散状態の制御と電場の印加による粒子の配向性の制御との複合効果を膜分離プロセスに新たに導入し、充填構造の自由な制御を試みた。本年度は、昨年度確立したエレクトロ・アコースティック膜濾過の操作指針に基づき、ナノ粒子懸濁液に超音波照射と電場の印加を施しつつ限外濾過を行い、また、限外濾過によって形成させたナノ粒子ケーク層に超音波照射と電場の印加を施し、ナノ粒子充填層を目的の構造に自在に制御する操作条件や操作手順、装置構造などを確立した。また、目的の充填状態にあるナノ粒子ケーク層を形成させるための限外濾過の操作指針、すなわち、濾過圧力や濾過速度の適切な制御法、膜の選定指針などを明らかにした。さらに、エレクトロ・アコースティック限外濾過によって形成されたナノ粒子充填層の内部構造を解析し、電場強度や超音波強度と充填層構造との定量的な関係を記述するモデルを構築した。本法により、高い強度をもつ均質な多孔質材料の製造が容易になり、また一方では、傾斜機能材料の製造への展開も可能であり、材料開発分野の発展に大きな貢献が期待できるものと考える。

ナノ粒子の充填によって構成される多孔質材料の製造を目的として、簡便かつ大量に充填層を形成させることが可能な膜分離法に着目し、ナノ粒子懸濁液を膜分離することによって多孔質成形体の原形となるナノ粒子充填層を膜面上に形成させる手法について検討した。この場合、膜のみのプロセッシングによって充填構造を自由自在に制御するのは不可能なため、エレクトロ・アコースティック効果、すなわち超音波の照射による粒子の分散状態の制御と電場の印加による粒子の配向性の制御との複合効果を膜分離プロセスに新たに導入し、充填構造の自由な制御を試みた。本年度は、昨年度確立したエレクトロ・アコースティック膜濾過の操作指針に基づき、ナノ粒子懸濁液に超音波照射と電場の印加を施しつつ限外濾過を行い、また、限外濾過によって形成させたナノ粒子ケーク層に超音波照射と電場の印加を施し、ナノ粒子充填層を目的の構造に自在に制御する操作条件や操作手順、装置構造などを確立した。また、目的の充填状態にあるナノ粒子ケーク層を形成させるための限外濾過の操作指針、すなわち、濾過圧力や濾過速度の適切な制御法、膜の選定指針などを明らかにした。さらに、エレクトロ・アコースティック限外濾過によって形成されたナノ粒子充填層の内部構造を解析し、電場強度や超音波強度と充填層構造との定量的な関係を記述するモデルを構築した。本法により、高い強度をもつ均質な多孔質材料の製造が容易になり、また一方では、傾斜機能材料の製造への展開も可能であり、材料開発分野の発展に大きな貢献が期待できるものと考える。