湿式法による多機能表面修飾剤を用いた粉体材料のマルチスケール構造制御

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本研究の目的は、セラミックス材料の製造工程において、複数種の微粒子の集合構造（ミクロ構造）、粒子の充填構造（メゾ構造）、成形体の形状（マクロ構造）のマルチスケール領域で構造制御できる、汎用性に優れた湿式粉体プロセスの構築を目的としている。この目的達成に向けて当概年度では、2種の多機能性表面修飾剤を活用した多成分系スラリーについて、高粒子濃度条件下で流動性を向上させる手法の構築に取り組んだ。本多成分系スラリーではシリカ大粒子へシリカ小粒子を集積するミクロ構造制御が実施されており、2種の多機能性表面修飾剤の化学構造を系統的に変化させたところ、大粒子／小粒子間での引力相互作用や立体障害斥力を制御できることが分かった。これらの検討により、本多成分系スラリーにおいてミクロ構造を保持したまま所望の流動性（メゾ構造）を得るための界面設計条件を見出した。さらに、アクリル樹脂を架橋剤分子として使用する光硬化プロセスによって、ミクロ/メゾ構造を保持したまま成形体を形状付与するマクロ領域の構造制御に成功した。以上の検討から、光硬化性スラリーを対象としてマルチスケール領域で構造制御できる湿式プロセスを構築することができた。さらに、本技術において溶媒や架橋剤分子を見直すことで、炭化ケイ素／カーボン系スラリーを対象とした熱硬化技術への展開性についても実証した。以上より、集合構造制御、粒子分散化、光・熱による硬化などを可能とする多機能表面修飾剤を用いた表面設計により、セラミックス材料の製造工程におけるミクロ/メゾ/マクロ領域のマルチスケールで構造制御できる汎用に優れた湿式プロセスを構築することができた。