Investigation of self-assembled fractal porous-silica over a wide range of length scales using a combined small-angle scattering method

複数の小角散乱法を結合した測定による、自己組織化されたフラクタルシリカ多孔体の広範な長さスケールにわたる構造の研究

山口 大輔; 眞山 博幸*; 小泉 智; 辻井 薫*; 橋本 竹治

Yamaguchi, Daisuke; Mayama, Hiroyuki*; Koizumi, Satoshi; Tsujii, Kaoru*; Hashimoto, Takeji

アルキルケテンダイマーをテンプレートに用い、作成したシリカ多孔体のナノメートルから10マイクロメートルのおよそ4桁に渡る広範なスケールの構造を中性子超小角散乱法により解析し、新規かつ興味深い結果を得たので国際会議において発表する。アルキルケテンダイマーはワックスの1種であり、超撥水性を有するフラクタル表面を形成する物質として非常に注目されている。この性質を利用し、3次元的なフラクタル構造を有するアルキルケテンダイマーの微粒子を集積した構造を最終生成物であるシリカ多孔体の孔の形状に転写させたものを試料として作製した。試料から得られた散乱プロファイルは明確なべき乗散乱を示し、フラクタル構造体であることが示唆された。また、アルキルケテンダイマーの微粒子を集積させる際の微粒子の充填率を変えることにより、構造のフラクタル指数を制御することが可能なことが見いだされた。また本研究で見いだされたフラクタル構造は、従来盛んに研究されていたシリカエアロジェルとは異なるべき乗散乱を示しており、同じフラクタル構造を有するシリカ多孔体でもその詳細は異なっていることが示唆された。

The fractal dimensions of specific porous silica materials were investigated by a wide-q observation using ultra-small-angle neutron scattering technique. In order to control the fractal dimension of porous silica material, flaky particles made of alkylletene dimer (AKD) were employed as moulds and silica matrix was formed by sol-gel process. After the solidification of the silica matrix, the original AKD moulds were completely burnt away at high temperature (ca. 930K) and became pores having a particular fractal dimension. The fractal dimension of the pores was changeable by the compression of the AKD mould at different ratio during the sample preparation. We found that the fractal structure obtained in this study was distinctly different from those of ordinary silica aerogels.