一方向凍結ゲル化を用いた多孔質マイクロハニカムの創製

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湿潤ゲルを方向性を持たせて凍結することで繊維状のシリカゲルが製造可能であることは知られている(一方向凍結法)。この方法では専らゲル化した状態の前駆体を用いてきたが、通常ゲル化しないような希薄なゾルでも、凍結することでゲル化が可能であることを考えると(凍結ゲル化法)、希薄なゾルを原料に用いても一方向凍結法を適用することで繊維状はもちろん、他のマイクロ形状を有するシリカゲルが得られるものと考えられる。このような着想に基づき「一方向凍結ゲル化法」を提案し、研究を実施している。その結果、現在までに繊維状のシリカゲルに加え、薄膜状、マイクロバニカム状の多孔体の作製が可能であることを見出した。さらに、凍結時に発現する形状は主にゾルを調製してから凍結するまでの経過時間によって簡単に調節が可能であることも分かった。よって本法は今まで困難であった多孔体のμmレベルの成型を可能とする新規な成型法としての利用が期待される。本研究は種々なマイクロ形状を有する多孔体の中で、将来種々の方面での利用が期待されるマイクロバニカムを取り上げ、調製条件が得られる多孔体の形状及び細孔構造に及ぼす影響を詳細に検討し、マイクロバニカムのμmレベルのディメンジョン(ハニカムピッチ)とnmレベルのディメンジョン(細孔径)を同時に制御する手法を確立した。具体的にはμmレベルに関しては流路表面積/流路容積比1,000m^2/m^3〜100,000m^2/m^3、nmレベルに関しては細孔径1〜20nmの範囲内にそれぞれ独立に制御する技術を確立し、これにより自動車用ハニカムなど比較的大きなピッチが求められる用途から数μm程度のピッチが求められるマイクロ反応器やマイクロ分離器などの用途がカバーできるようになった。さらに、レゾルシノール-ホルムアルデヒドゲルを前駆体にカーボンの多孔質マイクロバニカム、多孔質繊維の製造にも成功した。