Microporous structure tuning and ultrathin film formation via atmospheric-pressure plasma-enhanced CVD for the development of highly permselective silica membranes

通过大气压等离子体增强 CVD 进行微孔结构调整和超薄膜形成，用于开发高选择性渗透二氧化硅膜

基本信息

批准号：
22H01851
负责人：
長澤寛規
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

大気圧プラズマCVDは，分子ふるいシリカ膜を常温常圧で超高速に形成できる革新的製膜技術である。本研究では，大気圧プラズマCVDによるシリカ膜構造の精密制御を実現し，分離系に応じたカスタムメイドな製膜を可能とすることを目的とする。具体的には，膜構造や透過特性を定量的に制御し得る製膜条件を明らかにするとともに，10 nmレベルの超薄膜製膜技術を開発することで，大気圧プラズマCVDによる膜構造制御の工学基盤を構築する。2022年度は，シリカ前駆体の供給濃度や製膜温度が膜構造及び透過特性に及ぼす影響を明らかにし，サブナノスケールで幅広く細孔径を制御できることを明らかにした。大気圧プラズマへの投入電力を一定に保ってシリカ前駆体濃度を変化させると，前駆体当たりのエネルギーが変化し，得られる膜構造が変化した。具体的には，前駆体濃度が低い場合には無機的でシリカ様の構造が得られ，前駆体濃度が高い場合には前駆体由来の有機構造が膜構造に残留した有機無機ハイブリッド構造が得られた。その結果，無機的な構造が得られる低濃度条件では分子ふるいの強い膜が得られ，有機的な構造が得られる高濃度条件では細孔径の大きいルースな膜が得られた。製膜温度を制御すると，温度に応じて膜構造が変化することも見出した。低温蒸着技術である大気圧プラズマCVD法では吸着過程の制御が膜形成において重要であるが，本研究では，製膜温度が高いほど揮発性の高い有機的な中間体の付着が抑制させて，膜構造が無機的に変化することが明らかとなった。その結果，高温で製膜した膜において，極めて高い選択性を有するシリカ膜を得ることができた．以上の結果から，製膜条件の制御によって膜構造及び透過特性の精密なチューニングが可能となった。

常压等离子体CVD是一种创新的成膜技术，可以在常温常压下超高速形成分子筛二氧化硅薄膜。本研究的目的是利用常压等离子体CVD实现二氧化硅膜结构的精确控制，并根据分离系统实现定制膜的形成。具体来说，我们将明确可定量控制膜结构和渗透性能的成膜条件，并开发10 nm级别的超薄膜形成技术，从而改善利用常压等离子体CVD的膜结构控制构建工程基础设施。 2022财年，我们阐明了二氧化硅前体供给浓度和成膜温度对膜结构和渗透特性的影响，并揭示了孔径可以在亚纳米级的大范围内控制。当大气压等离子体的功率输入保持恒定并且二氧化硅前体浓度变化时，每个前体的能量发生变化并且所得薄膜结构发生变化。具体地，当前体浓度低时，获得无机的二氧化硅状结构，而当前体浓度高时，获得来自前体的有机结构保留在膜结构中的有机-无机杂化结构。事情完成了。结果，在低浓度条件下获得具有强分子筛分的膜，产生无机结构，在高浓度条件下获得具有大孔的疏松膜，产生有机结构。他们还发现，通过控制成膜温度，薄膜结构会根据温度而变化。在作为低温沉积技术的大气压等离子体CVD法中，吸附过程的控制对于成膜很重要，膜结构发生无机变化。结果，我们能够获得在高温成膜中具有极高选择性的二氧化硅膜。根据以上结果，可以通过控制成膜条件来精确地调节膜结构和渗透特性。