Ceramics International 50 (2024) 17807–17817. Dongming Yan, Yangpiaoxue Shi, Yajun Zhang, Wenxin Wang, Hao Qian, Shikun Chen, Yi Liu, Shengqian Ruan
通気孔を持つ地熱硬化体の重要性と実用的価値
通気孔を有する地熱硬化体は、イオン・ガス吸着、吸音、触媒担体、断熱材などの幅広い分野で研究されています。多孔質構造の特性、すなわち孔径分布、気孔率、形状、連結性などが、地熱硬化体の性能や機能に大きな影響を及ぼします。従来の研究では単一の発泡方法について検討されてきましたが、異なる発泡方法の比較は重要です。
主要な発見と革新点
本研究では、密度を0.60、0.75、0.90 g/cm3に調整した地熱硬化体を、プレフォーミング法(PFG)とH2O2発泡法(HFG)を用いて初めて比較しました。XCT、SEM、MIPを用いて多孔質構造を特徴づけた結果、PFGはHFGに比べ、同じ密度で若干高い圧縮強度を示します。これは、マクロ孔の気孔率が低く、ミクロンスケールの孔が均一なためと考えられます。一方、HFGにはPFGに比べ、ミクロンスケールの孔が多く、ナノスケールの毛細管孔や水和ゲル孔が少ないことがわかりました。
実世界への応用と影響
プレフォーミング法では安定した気泡を直接的に地熱硬化体に導入できますが、H2O2発泡法ではH2O2の分解と気泡の合体により不均一な多孔質構造が形成されます。本研究は、これらの発泡プロセスと機構の理解を深め、特定の用途に適した多孔質構造を持つ地熱硬化体を製造する上で新たな知見を提供します。例えば、吸音や断熱などの性能が要求される場合、プレフォーミング法が適していると考えられます。
研究手法の革新性
本研究では、XCTによる非破壊三次元分析を駆使し、従来のSEMやMIPでは捉えられない微細な孔構造を詳細に評価しました。これにより、発泡方法の違いが地熱硬化体の孔構造形成メカニズムに及ぼす影響を定量的に解明することができました。
今後の展望と課題
本研究により、地熱硬化体の多孔質構造制御における発泡方法の重要性が明らかになりました。今後、様々な用途に合わせて、発泡剤の種類や添加量、養生条件などを最適化することで、目的に応じた孔構造を有する地熱硬化体の開発が期待されます。一方で、より微細な孔構造の解析や、実際の吸音や断熱性能との相関など、更なる研究課題も残されています。
読者へのインパクト
本研究の成果は、地熱硬化体の多孔質構造の形成メカニズムに新たな知見を与えるものです。異なる発泡方法の特徴を理解することで、用途に合わせた多孔質構造を持つ地熱硬化体の設計・開発が可能になります。これにより、省エネ性や環境性能に優れた建築・土木材料の実現につながることが期待できます。研究者だけでなく、地熱硬化体を利用する産業界の方々にも参考になる内容となっています。