表面ゾルゲル法による有機・無機ナノ複合体の合成

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次世代ナノ分離膜はナノメーターの厚みと巨視的なサイズ、機械的強度などいくつかの互いに矛盾する構造要素が含まれる。理化学研究所では最近、金属酸化物のゾルゲル反応で脆さが残るとはいえ柔軟でマクロなサイズの薄膜が得られることを見出している。本研究ではこれら無機化合物のネットワーク構造に新たに有機ポリマーのネットワークを組み合わせた。二つのネットワークからなるIPN(相互侵入型ネットワーク)の設計は有機無機ハイブリッド材料でも試みられており、いずれも不十分な結果に終わっている。これに対し、架橋性のアクリルモノマーとジルコニア前駆体から、スピンコーティング法を用いて厚み100nm以下の薄膜を作成し、ゾルゲル反応と光重合により有機無機IPNを得た。モノマー構造の効果や重合条件の精密制御など多くの試行錯誤を経た上でようやく理想的な条件を発見した。この膜は極限的な薄さ(35nm)にも拘らず、マクロな丈夫さを持ち、自重の100000倍もの重さを支えることが出来る。基礎科学、応用技術の両面で大きな意味があるナノIPN薄膜の可能性を広げるために、有機ポリマーと金属酸化物の新しい組み合わせを検討する。次にこのナノ膜の自己支持性やマクロな安定性を生かして、力学物性の直接測定を他の研究グループと共同で進める。空気中で安定なナノ原子膜である。この膜のすぐれた自己支持性を利用して、ガスや液体など多様な物質の透過性を研究する。これにより革新的な透過特性が見出されることを期待する。さらに、薄膜化を進め10nm程度の分子的厚みで且つ数センチメーター四方の大きさを持つ膜を作成し、積層化、複合化などのさまざまな手法を活用して、学問的にも実用技術としてもまったく新しいナノマテリアルの分野を開拓する予定である。既に界面活性剤によるナノ薄膜表面の親水化に成功している。