日本ゼオライト学会 刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

ISSN: 0918–7774
一般社団法人日本ゼオライト学会 Japan Zeolite Association
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Zeolite News Letters 22(2): 36-42 (2005)
doi:10.20731/zeoraito.22.2.36

解説解説

メソポーラスシリカ薄膜の蒸気合成Vapor phase synthesis of mesoporous silica thin films

1大阪大学大学院基礎工学研究科Osaka University ◇ 〒560-8531 大阪府豊中市待兼山町1-3

2半導体MIRAI―ASETMIRAI—ASET

受理日:2005年3月14日Accepted: March 14, 2005
発行日:2005年6月10日Published: June 10, 2005
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薄膜状メソポーラスシリカは通常,浸漬法,デイップコーティング法,スピンコーティング法など液相法より合成されてきた。一方,本研究では,蒸気浸透法と自己集合化を組み合わせた蒸気合成法によりメソポーラスシリカ薄膜の合成が可能であることを見出した。CnTAB系界面活性剤を用いた場合,チャネル状細孔が基板に平行に配向した細孔構造を有する薄膜が得られた。また,両親媒性ブロック共重合体E0106P010E0106(F127)を鋳型とした場合,2次元ケージ状細孔構造シリカ薄膜が得られ,液相法で得られる薄膜とは異なる細孔構造を有することが分かった。蒸気合成では,①TEOSの浸透および②TEOSの加水分解・縮合によるシリカネットワーク形成の二つの過程が競争的に進行するものと思われる。シリカネットワークの形成速度が速い場合,層間の膨張は押さえられ短周期構造のものが得られ,逆にシリカ形成速度が遅い場合,長周期構造のものが得られた。周期構造の間隔は,浸透と反応の速度を制御することによって可能であった。本合成法は,合成装置のスケールアップが容易な上,生成物の構造安定性・耐水性が優れているといった特徴を有するため,今後,low-k材料,光電子デバイス,分離膜などへの応用が期待される。

Mesoporous silica films have conventionally been prepared by liquid deposition methods such as epitaxial growth, spin-coating, and dip-coating. On the contrary, we have demonstrated a vapor phase synthesis to prepare ordered mesoporous silica films. In this method, the surfactant films were exposed to tetraethoxysilane (TEOS) vapor. We have found nano-phase transition of surfactant-silicate composites under vapor infiltration of TEOS. The phase transition of the nanocomposites under vapor infiltration implies their high mobility in the absence of solvent. The swelling of film thickness and d spacing was observed under vapor infiltration. In the vapor phase synthesis, selection of surfactant is the most important factor to determine the porous structure similarly to the sol-gel method. Mesoporous silica films with a channel structure were formed when quaternary ammonium brimide (CnTAB) was used as a surfactant. The pore channels run parallel to the substrate surface. When triblock copolymer was used as a surfactant, the silica thin films with two-dimensionally connected cage-like mesopores were formed. The mesostructured silica thin films have silicate layers with ordered pillars. The structure of pores of the films is of advantage for next-generation low-k films because the porous structure of the films is isotropic parallel to the film surface. The films show lower concentration of residual Si–OH group compared to the film prepared by a conventional sol-gel method. The films show high thermal stability up to 1200 K and high hydrothermal stability. The vapor-phase synthesis can be applied for organic-inorganic nanocomposites and mesoporous metal oxides other than silica and provides opportunities for the creation of new materials technologies.

Key words: mesoporous silica; films; vapor infiltration; nano-phase transition; low-k

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