著者名：Dongming Yana, Yangpiaoxue Shia, Yajun Zhanga, Wenxin Wanga, Hao Qiana, Shikun Chena, Yi Liub,c, Shengqian Ruana,*
論文タイトル：A comparative study of porous geopolymers synthesized by pre-foaming and H2O2 foaming methods: Strength and pore structure characteristics
掲載誌名：Ceramics International
出版年：2024
巻数：50
ページ範囲：17807–17817
革新的な多孔質ジオポリマー：環境に優しい新素材の可能性
持続可能な建設材料の開発が急務となる中、多孔質ジオポリマーが注目を集めています。この革新的な材料は、従来のコンクリートに比べて環境負荷が低く、優れた機能性を持つことが期待されています。しかし、その性能は内部の気孔構造に大きく左右されます。本研究では、2つの異なる発泡方法で作製した多孔質ジオポリマーの特性を詳細に比較しました。
2つの発泡方法：事前発泡法と過酸化水素発泡法
研究チームは、事前発泡法（PFG）と過酸化水素発泡法（HFG）という2つの方法で多孔質ジオポリマーを作製しました。これらの方法は、気孔の形成メカニズムが大きく異なります：
- 事前発泡法：あらかじめ作った安定した泡をジオポリマーペーストに混ぜ込む
- 過酸化水素発泡法：ジオポリマーペーストに過酸化水素を添加し、分解時に発生する酸素で気孔を形成
気孔構造の違いが性能を左右する
研究の結果、同じ密度でも発泡方法によって気孔構造が大きく異なることが明らかになりました：
- PFG：より均一で安定した気孔構造
- HFG：不均一で、気孔が結合しやすい構造
この構造の違いが、材料の圧縮強度や断熱性などの性能に直接影響を与えます。例えば、PFGの方がHFGよりもわずかに高い圧縮強度を示しました。これは、PFGの気孔壁がより厚く、連続的な構造を持つためと考えられます。
画期的な分析手法で気孔構造を可視化
本研究では、X線コンピュータ断層撮影（XCT）という非破壊検査技術を駆使して、多孔質ジオポリマーの内部構造を詳細に分析しました。この手法により、これまで見えなかった気孔の3次元的な分布や形状を可視化することに成功しました。さらに、走査型電子顕微鏡（SEM）や水銀圧入法（MIP）も併用し、ナノスケールの細孔まで含めた総合的な分析を行いました。
多孔質ジオポリマーの未来：用途に応じた最適設計へ
この研究成果は、多孔質ジオポリマーの性能を最適化するための重要な知見を提供します。今後は、目的に応じて気孔構造を精密に制御することで、より高性能な建材や機能性材料の開発が可能になると期待されます。例えば：
- 高強度が必要な構造材：PFG法を用いて均一な気孔構造を持つ材料を設計
- 高い断熱性が求められる用途：HFG法を活用して複雑な気孔ネットワークを形成
環境問題解決への貢献
多孔質ジオポリマーの研究は、単なる材料開発にとどまらず、建設業界の環境負荷低減という大きな課題に対するソリューションでもあります。従来のセメント製造に比べてCO2排出量を大幅に削減できる可能性があり、その実用化は持続可能な社会の実現に大きく貢献するでしょう。
今後の展望：さらなる研究の必要性
本研究は多孔質ジオポリマーの可能性を示す重要な一歩ですが、実用化に向けてはさらなる課題が残されています：
- 長期耐久性の検証
- 大規模製造技術の確立
- コスト削減と原料の安定供給
これらの課題を克服するためには、材料科学、化学工学、建築工学など、多分野の専門家による協力が不可欠です。多孔質ジオポリマーの研究は、持続可能な未来を築くための重要な取り組みの一つとして、今後も注目され続けるでしょう。
私たちの生活への影響
多孔質ジオポリマーの実用化は、私たちの日常生活にも大きな変化をもたらす可能性があります。例えば：
- 高性能断熱材による省エネ住宅の普及
- 軽量で強度の高い建材による耐震性の向上
- 環境に優しい建設方法による都市の持続可能性の向上
この研究は、私たちの住環境や都市のあり方を根本から変える可能性を秘めています。多孔質ジオポリマーの開発動向に注目することで、未来の生活空間がどのように変化していくのか、その一端を垣間見ることができるでしょう。