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

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。

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。