Improved resilience and novel functions of low-density porous materials via cross-scale structural control

通过跨尺度结构控制提高低密度多孔材料的弹性和新功能

• 批准号: 22H00342
• 负责人: 中西 和樹
• 金额: $ 27.46万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00342/
• 关键词: 低密度多孔物質; ゾル－ゲル法; エアロゲル; 階層的多孔構造; 有機無機ハイブリッド

低密度かつ階層的に多孔構造の制御された有機無機ハイブリッドゲルを作製するために、界面活性剤との協奏的メソ孔形成と、ゾル－ゲル転移に並行する広義のマクロ相分離を利用することを目的とした。シリカおよび架橋シルセスキオキサン系低密度ゲルの作製を基盤として、架橋ポリシルセスキオキサン系におけるマクロ孔構造の制御、特にメソ孔を内包する棒状骨格が連結した構造の階層的多孔構造の作製を行った。界面活性剤として非イオン性のPluronic P123を用いた。TMOSおよびBTMEのゾル－ゲル反応系において、P123を用いたミセル鋳型法と相分離法を組み合わせることで、２次元ヘキサゴナル配列を有するメソ多孔構造を反映した棒状のゲル骨格が生成し、それらが３次元的に相互連結したマクロ孔構造を有するシリカゲルおよびPSQゲルを作製することができた。出発組成を調整することで、シリカ・PSQ両方の試料において、ほぼ同じバルク密度（0.16～0.17 g cm-3）の多孔質モノリスを得ることができた。また、尿素処理を施すことにより架橋密度が増加する一方、マクロ孔構造はほとんど変化しないことを確認した。TG-DTA分析の結果、シリカゲルおよびPSQゲルの両方の試料で170 ℃付近でP123の燃焼による重量減少が見られたことから、共に３次元架橋ネットワークと線状高分子P123の複合体であることが確認された。また、重量減少量から推定されたP123の含有量から、尿素処理を行うことでP123の含有量が減少しており、高温における溶液処理によりP123の溶出が起こったことが示唆された。この結果から、シリカもしくはPSQと水素結合していたP123が高温で外れ、露出したシラノ―ル基が縮合して架橋密度が増大したと考えられる。

目的是与具有表面活性剂的协同中孔并行利用宽阔的巨噬剂分离，并将溶胶 - 凝胶过渡到制造具有低密度和层次多孔结构的受控有机无机杂交凝胶。基于二氧化硅和交联成硅烷基二烷的低密度凝胶的制备，我们控制了基于交联的多硅烷基苯二甲烷系统中的大孔结构，尤其是层次的多孔结构，其中连接了杆状的骨架构造的杆状骨架。非离子Pluronic P123用作表面活性剂。在TMOS和BTME的Sol-Gel反应系统中，使用p123与相分离方法结合胶束模板方法会导致杆状凝胶框架，反映了具有二维六边形布置的介孔结构，以及二维凝胶和PSQ凝胶具有三维结构，这些结构是三维结构，这些结构是三维结构，这些结构是三维固定互连的。通过调整起始组合物，在二氧化硅和PSQ样品中都获得了大约相同体积密度（0.16-0.17 g cm-3）的多孔整体。此外，虽然尿素处理的交联密度增加，但大孔结构几乎没有改变。 TG-DTA分析表明，由于p123在170°C左右的燃烧，硅胶和PSQ凝胶样品都会减轻重量，这表明两者都是三维交联网络和线性聚合物P123的复合物。此外，根据减肥量估计的p123含量表明尿素处理降低了p123的含量，这表明由于高温下溶液治疗而发生了p123洗脱。从此结果，可以认为在高温下氢键与二氧化硅或PSQ键合的p123，暴露的硅醇基团凝结，从而增加了交联密度。

项目成果

Fabrication of Bicontinuous NASICON/Carbon Hybrid Monoliths for Energy Storage Application

用于储能应用的双连续 NASICON/碳混合整体材料的制造

• 发表时间: 2022
• 作者: Maity Basudev;Taher Mohd;Mazumdar Shyamalava;Ueno Takafumi;George Hasegawa
• 通讯作者: George Hasegawa

液相法による均質な網目形成と低密度多孔性材料に関する研究

液相法均匀网络形成和低密度多孔材料研究

• 发表时间: 2023
• 作者: Kenta Fujii;Saki Sawayama;金森主祥
• 通讯作者: 金森主祥

Hydrothermal Synthesis of Sr-Cr-Fe Hydrogarnet Polyhedra and Their Conversion to Porous SrCr1-xFexO3-δ Perovskite

Sr-Cr-Fe 水石榴石多面体的水热合成及其向多孔 SrCr1-xFexO3-δ 钙钛矿的转化

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomoki Takeno;Kazuki Nakanishi;George Hasegawa
• 通讯作者: George Hasegawa

多孔質モノリス材料の細孔構造制御

多孔整体材料的孔结构控制

• 发表时间: 2022
• 作者: 田崎 菜摘;橋本 慧;宇賀田 洋介;上野 和英;渡邉 正義;獨古 薫;中西和樹
• 通讯作者: 中西和樹

Organic-Inorganic Hybrid Aerogel Monoliths -Challenge to Mechanical Resilience and Transparency

有机-无机杂化气凝胶整体——对机械弹性和透明度的挑战

• 发表时间: 2022
• 作者: 石川 凌太郎;宇賀田 洋介;上野 和英;渡邉 正義;獨古 薫;Kazuki Nakanishi
• 通讯作者: Kazuki Nakanishi