アルミナ多層多孔質体およびその製造方法
【課題】優れた熱安定性、電気絶縁性を有するアルミナ多層多孔質体を提供する。
【解決手段】ゾルゲル法で作製されるアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５０００の範囲内にあるアルミナナノファイバーの集積体からなる多孔質アルミナ層と、空隙層とが交互に積層してなることを特徴とするアルミナ多層多孔質体。
【解決手段】ゾルゲル法で作製されるアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５０００の範囲内にあるアルミナナノファイバーの集積体からなる多孔質アルミナ層と、空隙層とが交互に積層してなることを特徴とするアルミナ多層多孔質体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なアルミナ多層多孔質体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゾルゲル法を利用したナノ粒子のコーティングは、容易に均一な薄膜を形成することから、基板表面の改質および機能性付与を目的に幅広く実用化されている。コーティング膜を機能別に分類すると「化学的・機械的保護機能」、「光学機能」、「電磁気機能」、「触媒機能」に分けられる。このようなコーティング効果を最大限発揮させるためには、コーティング剤の組成だけでなく、膜内部の構造が極めて重要になってくる。
【０００３】
例えば、遮熱効果を有する膜では内部に空隙を設けた構造体が知られている。しかし熱移動（熱伝導、熱対流、熱放射）の三要素から考えた場合、膜内部の空隙の形状や大きさの制御が必要になる。すなわち、上記三要素のうちの格子振動による伝導を抑制するためには、温度差を持つ２つの基板の間に存在するセラミックスの接触面積を小さくすることにより熱移動を低下させることができる。また、対流を抑制するためには、空隙の大きさを気体の平均自由行程以下にすることが有効である。さらに、輻射を抑制するためには赤外線を吸収する部材を挿入するか、赤外線を反射する構造が必要である。
【０００４】
特許文献１には、中空セラミックスバルーンを配合した無機質断熱性塗膜組成物が記載されている。しかし、空隙の大きさは中空粒子のサイズにより決定され、常圧気体の自由行程（６０〜１００ｎｍ）程度の大きさに制御された中空粒子を使用することは困難である。さらに中空セラミックバルーン単独では成膜性がないためバインダーを必要とし、セラミックバルーンの充填密度を上げると膜の強度が低下し、しかも空隙率が低下するという問題があった。
【０００５】
特許文献２には、発泡剤を使う多層多孔質セラミックス板が記載されている。この場合、空隙の大きさは発泡する泡の大きさによって決定されるので、空隙のサイズをナノレベルで制御することが困難であり、さらには均一な薄膜の作製も困難である。
【０００６】
特許文献３には、高分子空隙形成剤を使用したセラミックス多層回路基板が記載されている。しかし高分子空隙形成と母材との密度差により均一な空隙を形成することが困難である上、空隙サイズを精密に制御することも困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１６４８８号公報
【特許文献２】特開平６−１６６１４１号公報
【特許文献３】特開平２−１１６１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、従来技術では熱伝導にかかわるセラミックス部分の接触面積や空隙の形状、大きさをナノレベルで制御することが極めて困難な上に、形状も球状にほぼ限られているので目的に応じたものとはなっていなかった。具体的には、遮熱膜の構造では、熱伝導に関与するセラミックス部分の面積が小さいこと、さらには空隙の大きさが気体の平均自由工程以下であることが重要であることから、空隙の大きさがナノレベルであり上下方向すなわち厚み方向が不連続で熱伝導が遮断された構造体、具体的には厚み方向にセラミックス層と空隙層が交互に積層したセラミックス膜が望まれていた。
そこで本発明は、多孔質のアルミナ層と層状の空隙層が交互に積層してなるもので、コーティング膜および自立膜として使用可能な強度を有するアルミナ多層多孔質体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記従来技術に鑑みて、セラミックス層間の接触面積が小さく、しかも空隙率を高める方法として２次元多孔質膜を積層することを着想した。これにより膜方向にも膜内にも空隙が現れる上に、空隙および積層膜の厚さがナノレベルであることによりセラミックス層間隔が気体自由工程付近となるため、理想的な遮熱膜となる。かかる発想の下、多層多孔質体の開発に鋭意検討を重ねた結果、バインダーを使用せずに特定のアルミナナノファイバーと塩基性化合物を混合し特定の製造条件で成形することにより、アルミナ層及び空隙層が交互に積層したアルミナ多層多孔質体が得られることを見出し、この知見に基づいて本発明に至った。
【００１０】
すなわち本発明は、
（１）ゾルゲル法で作製されるアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５０００の範囲内にあるアルミナナノファイバーの集積体からなる多孔質アルミナ層と、空隙層とが交互に積層してなることを特徴とするアルミナ多層多孔質体；
（２）前記多孔質アルミナ層の間隔が１０〜５００ｎｍであることを特徴とする、（１）に記載のアルミナ多層多孔質体；
（３）前記アルミナナノファイバーがベーマイト又は擬ベーマイトを含むことを特徴とする、（１）に記載のアルミナ多層多孔質体；
（４）前記アルミナナノファイバーは、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１０，０００ｎｍであることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体；
（５）前記アルミナナノファイバーの結晶系が、擬ベーマイト、ベーマイト、γ-アルミナ、θ-アルミナ又はα-アルミナから選ばれる少なくとも１種である、（１）〜（４）のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体；
（６）平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、平均繊維長が１００〜１００００ｎｍであり、かつ、アスペクト比が３０〜５０００である繊維状もしくは針状のアルミナナノファイバーゾルに塩基性化合物を混合し、得られた混合物を支持体の上に塗布して乾燥することにより得られることを特徴とする、（１）〜（５）のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法；
（７）前記アルミナナノファイバーは、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１００００ｎｍであることを特徴とする、（６）に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法；
（８）前記塩基性物質の添加量がＡｌ原子に対し０．０２〜１ｍｏｌ％であることを特徴とする、（６）又は（７）に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法；並びに
（９）前記アルミナナノファイバーゾルは、加水分解性アルミニウム化合物を加水分解し、次いで解膠することにより調製されることを特徴とする、（６）〜（８）のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法；
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるアルミナ多層多孔質体は、優れた熱安定性、電気絶縁性などを併せ持ち、遮熱塗膜や光反射膜として、更には光学材料、センサー素子、分離膜、光電気化学膜、イオン伝導膜、触媒担体またはLow-K材料としても利用可能な新しいアルミナ多孔質自立膜である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１で得られた繊維状アルミナ粒子を示す図面に代わる透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
【図２】実施例３で得られた多層多孔質自立膜の外観を示す図面に代わる写真である。
【図３】実施例３で得られた多層多孔質自立膜の横断面を示す図面に代わる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図４】実施例及び比較例で得られた多層多孔質自立膜の光反射率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明によるアルミナ多層多孔質体は、ゾルゲル法で作製されるアルミナ構造物であってアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５０００の範囲内にあるアルミナナノファイバーの集積からなる層状の多孔質層と層状の空隙が交互に積層してなることを特徴とするものである。
本発明によるアルミナ多層多孔質体の製造方法は、平均繊維幅が２〜２０ｎｍ、平均繊維長が１００〜１０,０００ｎｍであり、平均アスペクト比が５０〜５０００であるアルミナナノファイバーが分散しているアルミナゾルに塩基性化合物を混合し、得られた混合物を支持体の上に塗布して乾燥することにより得られることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のアルミナ多層多孔質体について説明すると、本発明のアルミナ多層多孔質体は、アスペクト比が５０〜５０００である繊維状もしくは針状の特定の形状を有するアルミナ水和物粒子又はアルミナ粒子の集積体から構成され多孔質アルミナ層と空隙層が交互に積層した構造からなる。
【００１５】
本発明において、アルミナ水和物粒子又はアルミナ粒子の集積体とは、アルミナ水和物粒子又はアルミナ粒子が、膜の平面方向にその長軸方向の全部ないし一部を揃えて積み重なって形成される集積体であることを意味する。この場合、膜の作製条件により、粒子の長軸方向をほぼ揃えて積み重なって形成される集積体と、長軸方向がランダムな形態に積み重なって形成される集積体が得られる。また本発明において多孔質とは、繊維状粒子間に形成される空隙を意味する。
【００１６】
また、本発明において、アルミナ多層多孔質体の多層とは、繊維状もしくは針状粒子が集積してなるアルミナ層と空隙層が交互に積層してなる構造を意味し、多孔質とは、繊維状もしくは針状の粒子と粒子との間に形成される空隙により多孔質構造を有していることを意味する。
【００１７】
本発明によるアルミナナノファイバーは、平均繊維長の平均繊維幅に対する割合すなわちアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５，０００であり１００〜３，０００であるのが特に好ましい。このアスペクト比が５０未満であると層状の空隙が得られないため好ましくなく、一方、このアスペクト比が５，０００を超えるとアルミナナノファイバーの合成に多大な時間を要するため好ましくない。
【００１８】
本発明によるアルミナ多層多孔質体は、多孔質のアルミナ層と空隙層が交互に積層した構造を有する。すなわち、隣り合うアルミナ多孔質層間の空間が空隙層を構成する。本発明によるアルミナ多層多孔質体においては、アルミナ多孔質層の間隔、すなわち空隙層の厚さが１０〜５００ｎｍであることが好ましく、更に５０〜２００ｎｍであることが特に好ましい。この間隔が１０ｎｍ以下では積層構造が不均一となり、一方、５００ｎｍ以上では強度が低下するため、いずれも好ましくない。アルミナ多孔質層の厚さは、１００〜５０００００ｎｍであることが好ましく、更に５００〜２０００００ｎｍであることが特に好ましい。空隙層及びアルミナ多孔質層の厚さは、アルミナ多層多孔質体の横断面のＳＥＭ観察により測定することができる。
【００１９】
このアルミナナノファイバーの結晶系には無定形、ベーマイト、擬ベーマイト、γ-アルミナ、θ-アルミナおよびα-アルミナがあるが、本発明において、アルミナナノファイバーが上記寸法を有し、アルミナ成形体が十分な強度を発揮するためには、アルミナナノファイバーは少なくともベーマイト結晶系のアルミナナノファイバー及び／又は擬ベーマイト結晶系のアルミナナノファイバーを含むことが好ましい。すなわち、その結晶系はベーマイト及び／又は擬ベーマイトを主成分とし、他の結晶形を含む混合物であってもよい。本発明において、アルミナナノファイバーはベーマイト結晶系のアルミナナノファイバー及び／又は擬ベーマイト結晶系のアルミナナノファイバーであることが特に好ましい。ここで、ベーマイトは組成式：Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏで表わされるアルミナ水和物の結晶である。アルミナナノファイバーの結晶系は、例えば、後述する加水分解性アルミニウム化合物の種類、その加水分解条件又は解膠条件によって、調製できる。アルミナナノファイバーの結晶系はＸ線回折装置（例えば、商品名「Ｍａｃ．Ｓｃｉ．ＭＸＰ−１８」、マックサイエンス社製）を用いて次の条件で確認することができる。
＜条件＞管球：Ｃｕ、管電圧：４０ｋＶ、管電流：２５０ｍＡ、ゴニオメーター：広角ゴニオメーター、サンプリング幅：０．０２０°、走査速度：１０°／ｍｉｎ、発散スリット：０．５°、散乱スリット：０．５°、受光スリット：０．３０ｍｍ
本発明によるアルミナ（ベーマイト）多層多孔質膜は、熱処理することにより、多層多孔質構造並びに光物性等、基本的性質を保持したままで熱的および化学的により安定なγ-アルミナ→δ、θ-アルミナ→α-アルミナへと容易に相変化させることができ、また、いずれの場合でも層状構造を保持することができる。
【００２０】
母体となる酸化アルミニウムは高純度であることが好ましく、具体的には、含まれる不純物の含有量がそれぞれ２ｐｐｍ以下であることが好ましい。アルミナ成形体に含まれる不純物として、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、塩素イオン（Ｃｌ−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）等が挙げられる。アルミナ成形体に含まれる各不純物が２ｐｐｍ以下であると、高純度であるが故に、このアルミナ成形体を触媒担体として使用した場合に触媒性能に影響しないことや、優れた電気絶縁性能を有するという効果が得られる。アルミナ成形体における不純物の含有量は、通常、アルミナ成形体の原料の純度、各処理に用いられる薬剤の種類及び純度等に影響され、これらを適宜選択することによって、高純度のアルミナ成形体を製造できる。ここで、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）の含有量はそれぞれ、アルミナ成形体約２．０ｇを精秤して少量の塩酸で加熱分解後に精製水を加えて正確に１０ｍＬに調製した測定試料液を、原子吸光光度計（例えば、商品名「Ｚ５３００」、（株）日立製作所製）を用いて、波長５８９．０ｎｍの条件で測定して、決定できる。一方、塩素イオン（Ｃｌ−）の含有量は、アルミナ成形体約１．０ｇを精秤して精製水で正確に１０ｍＬに調整した測定試料液をイオンクロマトグラフィーによって測定できる。イオンクロマトグラフィーは、例えば、東ソー製のイオンクロマト装置（カラム「ＴＳＫｇｅｌ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ−ＰＷ ４．６×５０」を備えている。）を用いて、温度：４０℃、溶離液：ＴＳＫ ｅｌｕｅｎｔ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ−Ａ、流量：１．５ｍＬ／ｍｉｎ、サンプルサイズ：５０μＬ、検出器：ＣＭの条件の下で実施する。
【００２１】
本発明によるアルミナ多層多孔質体の製造方法では、まず３０〜５，０００のアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）を有するアルミナナノファイバーを含有するゾルである水性アルミナナノファイバーゾルを調製する。この水性アルミナナノファイバーゾルは、アルミナナノファイバーを分散させることができる方法で調製されればよく、その一例として、水中で加水分解性アルミニウム化合物を加水分解し、次いで、解膠して調製する方法（以下、「ゾル調製方法」と称する。）が挙げられる。このゾル調製方法において、加水分解の反応条件及び解膠の処理条件を後述する特定条件とすることにより、アスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５，０００のアルミナナノファイバー、例えば、アスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５，０００であり、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１０，０００ｎｍであるアルミナナノファイバーを含有するゾルを調製することができる。
【００２２】
このゾル調製方法に用いられる加水分解性アルミニウム化合物は、各種の無機アルミニウム化合物及び有機基を有するアルミニウム化合物が包含される。無機アルミニウム化合物としては、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム等の無機酸の塩、アルミン酸ナトリウム等のアルミン酸塩、水酸化アルミニウム等が挙げられる。有機基を有するアルミニウム化合物としては、例えば、炭酸アルミニウムアンモニウム塩、酢酸アルミニウム等のカルボン酸塩、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムｎ−ブトキシド、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド等のアルミニウムアルコキシド、環状アルミニウムオリゴマー、ジイソプロポキシ（エチルアセトアセタト）アルミニウム、トリス（エチルアセトアセタト）アルミニウム等のアルミニウムキレート、アルキルアルミニウム等の有機アルミニウム化合物等が挙げられる。
【００２３】
ゾル調製方法における加水分解性アルミニウム化合物は、これらのうち、適度な加水分解性を有し、副生成物の除去が容易であること等から、アルミニウムアルコキシドが好ましく、炭素数２〜５のアルコキシ基を有するものが特に好ましい。
【００２４】
このゾル調製方法において、加水分解に使用する酸としては、硝酸、塩酸等の無機酸、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機酸等の一価の酸が好ましいが、無機酸は焼成後もアルミナ中に残存してしまうため、有機酸が特に好ましい。有機酸として、操作性、経済性の面で酢酸が特に好ましい。酸の使用量は、加水分解性アルミニウム化合物に対して０．２〜２．０モル倍であるのが好ましく、０．３〜１．８モル倍であるのが特に好ましい。酸の使用量が０．２モル未満であると得られるアルミナナノファイバーのアスペクト比が小さくなる場合があり、酸の使用量が２．０モルを超えると水性アルミナナノファイバーゾルの経時安定性が低下し、更に経済性の面で好ましくない。
【００２５】
加水分解の条件は、１００℃以下で０．１〜３時間が好ましい。加水分解温度が１００℃を超えると突沸の恐れがあり、加水分解時間が０．１時間未満であると温度コントロールが困難であり、３時間を超えると工程時間が長くなる。
【００２６】
加水分解する加水分解性アルミニウム化合物の酸水溶液の固形分濃度は２〜１５質量％が好ましく、３〜１０質量％が特に好ましい。この固形分濃度が２質量％未満であると得られるアルミナナノファイバーのアスペクト比が小さくなることがあり、固形分濃度が１５質量％を超えると解膠中に反応液の撹拌性が低下することがある。
【００２７】
このゾル調製方法においては、このようにして加水分解性アルミニウム化合物を加水分解して生成したアルコールを好ましくは留去した後に、解膠処理を行う。解膠処理は、１００℃〜２００℃で０．１〜１０時間加熱し、更に好ましくは１１０〜１８０℃で０．５〜５時間処理する。加熱温度が１００℃未満であると反応に長時間必要とし、２００℃を超えると高圧の容器等を必要とし、経済的に不利となることがある。加熱時間が０．１時間未満であるとアルミナナノファイバーのサイズが小さく、保存安定性が低くなることがあり、１０時間を超えると工程時間が長くなる。
【００２８】
本発明によると、上述の解膠処理で得られた繊維状もしくは針状のアルミナナノファイバーゾルに塩基性化合物を混合する。塩基性化合物は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム若しくはアンモニア、又は、エチルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、尿素等の有機アミン類等が使用できる。塩基性化合物としては、焼成処理で除去され高純度アルミナ膜が形成されるため、アンモニア又は有機アミン類が好ましい。
【００２９】
塩基性化合物の添加量は、母材のアルミニウム原子に対し０．０２mol％以上１ｍｏｌ％以下であり０．０５〜０．５mol％が特に好ましい。０．０２mol％未満では期待する層状構造が得られず、また１mol％を超えると繊維状粒子が析出し成膜性が低下するため好ましくない。
【００３０】
このようにして調製された水性アルミナナノファイバーゾルが高粘度である場合には、その中に気泡を含んでいることが多いため脱気処理をしてこれらの気泡を除去するのがよい。気泡を除去する方法としては、例えば、減圧処理、遠心処理等の各種脱気処理方法が挙げられる。必要に応じて脱気処理を施したアルミナナノファイバーゾルを、必要に応じて剥離剤をコーティングした支持体の上に塗布し、その後ゾルを乾燥させることによりアルミナ多層多孔質体が得られる。支持体の種類や乾燥条件に特に制限はなく、塗膜の厚さにもよるが、例えば、送風式オーブン等を用いて、数時間、１００度以下で加熱すればよい。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例になんら限定されるものではない。
【００３２】
分析装置
ＴＥＭ観察：ＦＥＩ−ＴＥＣＮＡＩ−Ｇ２０（２００ｋＶ）
ＳＥＭ観察に際して、多層多孔質体の断面を作製するために下記の処理を行った。
多層多孔質体を５ｍｍ以下の切片に切出し、Ｓｉウェハー片の上に試料、適量のエポキシ樹脂、カバーガラス片の順に乗せ熱硬化（１３０℃、１ｈｒ）させて固定した。樹脂包埋したサンプル片を、ハンディラップ（日本電子製:ＨＬＡ-２０００）を用いて断面が平滑になるまで予備研磨し、さらにイオンミリング装置（株）日立ハイテクノロジーズ製：Ｅ-３５００）を用いて断面加工を行った。加工条件は加速電圧３〜６ｋＶ、放電電圧４ｋＶ、ステージコントロール１〜４、加工時間は３〜６ｈｒ処理した。得られた試料片をＳＥＭ観察（（株）日立ハイテクノロジーズ製：Ｓ４８００）に使用した。
熱伝導率は下記式より算出した。
熱伝導率＝熱拡散率×密度×比熱
熱拡散率測定：周期加熱法熱拡散率測定装置（ＦＴＣ−１９）アルバック理工株式会社製
密度測定：ＡｃｃｕＰｙｃ１３３０（島津製作所社製）
比熱測定：Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＥＶＯ（株式会社リガク）
光反射率測定：ＣＡＲＹ５０００（Ｖａｒｉａｎ社製）
【００３３】
実施例１
フラスコに、イオン交換水３００ｇ、酢酸６．２ｇ（０．１mol）を取り、撹拌しながら液温を７５℃に上昇させた。これに、アルミニウムイソプロポキシド６８ｇ（０．３４ｍｏｌ）を滴下し、発生するイソプロピルアルコールを留出させたのち、反応液をオートクレーブに移し、１２０℃で、３時間反応を行った。反応液を、４０℃以下に冷却し、反応を終了した。得られたアルミナ粒子を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した結果、表１の実施例１に示す寸法を有するアルミナナノファイバーが分散してなるアルミナゾルが得られた。実施例１で得られた繊維状アルミナ粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を図１に示す。
【００３４】
実施例２〜４並びに比較例１及び２
酢酸量、イソプロピルアルコール留出後の反応温度、及び反応時間を変化させたことを除き、実施例１と同様にして、表１に示す各種寸法を有するアルミナゾルを作製した。
【００３５】
実施例１〜４並びに比較例１及び２で調製したアルミナゾル５０ｇと、２８％アンモニア水３．４ｇ（０．２１ｍｏｌ％）又は０．０１７ｇ（０．０１ｍｏｌ％）をプラスチック製容器に入れ、２０分間激しく振とうした。この分散液を、遠心機で脱気することにより、均一な分散液を得た。この分散液を、テフロン（登録商標）コートした容器（３００ｍｍ×２８０ｍｍ×１０ｍｍ）に流し込み、送風式オーブン内で、４０℃、３時間乾燥した。得られた膜の外観を表１に示し、代表例として、実施例３で得られた膜の外観写真を図２に示し、また実施例３で得られた膜のイオンミリング処理した膜断面のＳＥＭ画像を図３に示した。ＳＥＭ画像から、実施例１〜４で得られた膜は、表１に示す厚さを有する空隙層と、アルミナ多孔質層とが交互に積層した構造を有することを確認することができた。
実施例１〜４と比較例２で作製した自立膜の厚さ方向の熱伝導率を算出した結果を表１に示す。
また、実施例及び比較例で作製した自立膜の光反射率を図４に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
実施例５
実施例４で作製した多層多孔質膜を４００℃、１０００℃、１２００℃で空気中で５時間焼成した。ＸＲＤで結晶系を確認した結果、γ-アルミナ（４００℃）、θ-アルミナ（１０００℃）、α-アルミナ（１２００℃）であった。また空隙層の厚さをＳＥＭで測定した結果、４００℃処理膜は５０−２００ｎｍ、１０００℃処理膜は３０−１５０ｎｍ、１２００℃処理膜は３０−１５０ｎｍであり、いずれも層状構造を保持していた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によるアルミナ多層多孔質体は、優れた熱安定性、電気絶縁性などを併せ持ち、遮熱塗膜や光反射膜として、更には光学材料、センサー素子、分離膜、光電気化学膜、イオン伝導膜、触媒担体またはLow-K材料としても利用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なアルミナ多層多孔質体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ゾルゲル法を利用したナノ粒子のコーティングは、容易に均一な薄膜を形成することから、基板表面の改質および機能性付与を目的に幅広く実用化されている。コーティング膜を機能別に分類すると「化学的・機械的保護機能」、「光学機能」、「電磁気機能」、「触媒機能」に分けられる。このようなコーティング効果を最大限発揮させるためには、コーティング剤の組成だけでなく、膜内部の構造が極めて重要になってくる。
【０００３】
例えば、遮熱効果を有する膜では内部に空隙を設けた構造体が知られている。しかし熱移動（熱伝導、熱対流、熱放射）の三要素から考えた場合、膜内部の空隙の形状や大きさの制御が必要になる。すなわち、上記三要素のうちの格子振動による伝導を抑制するためには、温度差を持つ２つの基板の間に存在するセラミックスの接触面積を小さくすることにより熱移動を低下させることができる。また、対流を抑制するためには、空隙の大きさを気体の平均自由行程以下にすることが有効である。さらに、輻射を抑制するためには赤外線を吸収する部材を挿入するか、赤外線を反射する構造が必要である。
【０００４】
特許文献１には、中空セラミックスバルーンを配合した無機質断熱性塗膜組成物が記載されている。しかし、空隙の大きさは中空粒子のサイズにより決定され、常圧気体の自由行程（６０〜１００ｎｍ）程度の大きさに制御された中空粒子を使用することは困難である。さらに中空セラミックバルーン単独では成膜性がないためバインダーを必要とし、セラミックバルーンの充填密度を上げると膜の強度が低下し、しかも空隙率が低下するという問題があった。
【０００５】
特許文献２には、発泡剤を使う多層多孔質セラミックス板が記載されている。この場合、空隙の大きさは発泡する泡の大きさによって決定されるので、空隙のサイズをナノレベルで制御することが困難であり、さらには均一な薄膜の作製も困難である。
【０００６】
特許文献３には、高分子空隙形成剤を使用したセラミックス多層回路基板が記載されている。しかし高分子空隙形成と母材との密度差により均一な空隙を形成することが困難である上、空隙サイズを精密に制御することも困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１６４８８号公報
【特許文献２】特開平６−１６６１４１号公報
【特許文献３】特開平２−１１６１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、従来技術では熱伝導にかかわるセラミックス部分の接触面積や空隙の形状、大きさをナノレベルで制御することが極めて困難な上に、形状も球状にほぼ限られているので目的に応じたものとはなっていなかった。具体的には、遮熱膜の構造では、熱伝導に関与するセラミックス部分の面積が小さいこと、さらには空隙の大きさが気体の平均自由工程以下であることが重要であることから、空隙の大きさがナノレベルであり上下方向すなわち厚み方向が不連続で熱伝導が遮断された構造体、具体的には厚み方向にセラミックス層と空隙層が交互に積層したセラミックス膜が望まれていた。
そこで本発明は、多孔質のアルミナ層と層状の空隙層が交互に積層してなるもので、コーティング膜および自立膜として使用可能な強度を有するアルミナ多層多孔質体およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは上記従来技術に鑑みて、セラミックス層間の接触面積が小さく、しかも空隙率を高める方法として２次元多孔質膜を積層することを着想した。これにより膜方向にも膜内にも空隙が現れる上に、空隙および積層膜の厚さがナノレベルであることによりセラミックス層間隔が気体自由工程付近となるため、理想的な遮熱膜となる。かかる発想の下、多層多孔質体の開発に鋭意検討を重ねた結果、バインダーを使用せずに特定のアルミナナノファイバーと塩基性化合物を混合し特定の製造条件で成形することにより、アルミナ層及び空隙層が交互に積層したアルミナ多層多孔質体が得られることを見出し、この知見に基づいて本発明に至った。
【００１０】
すなわち本発明は、
（１）ゾルゲル法で作製されるアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５０００の範囲内にあるアルミナナノファイバーの集積体からなる多孔質アルミナ層と、空隙層とが交互に積層してなることを特徴とするアルミナ多層多孔質体；
（２）前記多孔質アルミナ層の間隔が１０〜５００ｎｍであることを特徴とする、（１）に記載のアルミナ多層多孔質体；
（３）前記アルミナナノファイバーがベーマイト又は擬ベーマイトを含むことを特徴とする、（１）に記載のアルミナ多層多孔質体；
（４）前記アルミナナノファイバーは、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１０，０００ｎｍであることを特徴とする、（１）〜（３）のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体；
（５）前記アルミナナノファイバーの結晶系が、擬ベーマイト、ベーマイト、γ-アルミナ、θ-アルミナ又はα-アルミナから選ばれる少なくとも１種である、（１）〜（４）のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体；
（６）平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、平均繊維長が１００〜１００００ｎｍであり、かつ、アスペクト比が３０〜５０００である繊維状もしくは針状のアルミナナノファイバーゾルに塩基性化合物を混合し、得られた混合物を支持体の上に塗布して乾燥することにより得られることを特徴とする、（１）〜（５）のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法；
（７）前記アルミナナノファイバーは、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１００００ｎｍであることを特徴とする、（６）に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法；
（８）前記塩基性物質の添加量がＡｌ原子に対し０．０２〜１ｍｏｌ％であることを特徴とする、（６）又は（７）に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法；並びに
（９）前記アルミナナノファイバーゾルは、加水分解性アルミニウム化合物を加水分解し、次いで解膠することにより調製されることを特徴とする、（６）〜（８）のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法；
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるアルミナ多層多孔質体は、優れた熱安定性、電気絶縁性などを併せ持ち、遮熱塗膜や光反射膜として、更には光学材料、センサー素子、分離膜、光電気化学膜、イオン伝導膜、触媒担体またはLow-K材料としても利用可能な新しいアルミナ多孔質自立膜である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１で得られた繊維状アルミナ粒子を示す図面に代わる透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
【図２】実施例３で得られた多層多孔質自立膜の外観を示す図面に代わる写真である。
【図３】実施例３で得られた多層多孔質自立膜の横断面を示す図面に代わる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図４】実施例及び比較例で得られた多層多孔質自立膜の光反射率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明によるアルミナ多層多孔質体は、ゾルゲル法で作製されるアルミナ構造物であってアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５０００の範囲内にあるアルミナナノファイバーの集積からなる層状の多孔質層と層状の空隙が交互に積層してなることを特徴とするものである。
本発明によるアルミナ多層多孔質体の製造方法は、平均繊維幅が２〜２０ｎｍ、平均繊維長が１００〜１０,０００ｎｍであり、平均アスペクト比が５０〜５０００であるアルミナナノファイバーが分散しているアルミナゾルに塩基性化合物を混合し、得られた混合物を支持体の上に塗布して乾燥することにより得られることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明のアルミナ多層多孔質体について説明すると、本発明のアルミナ多層多孔質体は、アスペクト比が５０〜５０００である繊維状もしくは針状の特定の形状を有するアルミナ水和物粒子又はアルミナ粒子の集積体から構成され多孔質アルミナ層と空隙層が交互に積層した構造からなる。
【００１５】
本発明において、アルミナ水和物粒子又はアルミナ粒子の集積体とは、アルミナ水和物粒子又はアルミナ粒子が、膜の平面方向にその長軸方向の全部ないし一部を揃えて積み重なって形成される集積体であることを意味する。この場合、膜の作製条件により、粒子の長軸方向をほぼ揃えて積み重なって形成される集積体と、長軸方向がランダムな形態に積み重なって形成される集積体が得られる。また本発明において多孔質とは、繊維状粒子間に形成される空隙を意味する。
【００１６】
また、本発明において、アルミナ多層多孔質体の多層とは、繊維状もしくは針状粒子が集積してなるアルミナ層と空隙層が交互に積層してなる構造を意味し、多孔質とは、繊維状もしくは針状の粒子と粒子との間に形成される空隙により多孔質構造を有していることを意味する。
【００１７】
本発明によるアルミナナノファイバーは、平均繊維長の平均繊維幅に対する割合すなわちアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５，０００であり１００〜３，０００であるのが特に好ましい。このアスペクト比が５０未満であると層状の空隙が得られないため好ましくなく、一方、このアスペクト比が５，０００を超えるとアルミナナノファイバーの合成に多大な時間を要するため好ましくない。
【００１８】
本発明によるアルミナ多層多孔質体は、多孔質のアルミナ層と空隙層が交互に積層した構造を有する。すなわち、隣り合うアルミナ多孔質層間の空間が空隙層を構成する。本発明によるアルミナ多層多孔質体においては、アルミナ多孔質層の間隔、すなわち空隙層の厚さが１０〜５００ｎｍであることが好ましく、更に５０〜２００ｎｍであることが特に好ましい。この間隔が１０ｎｍ以下では積層構造が不均一となり、一方、５００ｎｍ以上では強度が低下するため、いずれも好ましくない。アルミナ多孔質層の厚さは、１００〜５０００００ｎｍであることが好ましく、更に５００〜２０００００ｎｍであることが特に好ましい。空隙層及びアルミナ多孔質層の厚さは、アルミナ多層多孔質体の横断面のＳＥＭ観察により測定することができる。
【００１９】
このアルミナナノファイバーの結晶系には無定形、ベーマイト、擬ベーマイト、γ-アルミナ、θ-アルミナおよびα-アルミナがあるが、本発明において、アルミナナノファイバーが上記寸法を有し、アルミナ成形体が十分な強度を発揮するためには、アルミナナノファイバーは少なくともベーマイト結晶系のアルミナナノファイバー及び／又は擬ベーマイト結晶系のアルミナナノファイバーを含むことが好ましい。すなわち、その結晶系はベーマイト及び／又は擬ベーマイトを主成分とし、他の結晶形を含む混合物であってもよい。本発明において、アルミナナノファイバーはベーマイト結晶系のアルミナナノファイバー及び／又は擬ベーマイト結晶系のアルミナナノファイバーであることが特に好ましい。ここで、ベーマイトは組成式：Ａｌ２Ｏ３・ｎＨ２Ｏで表わされるアルミナ水和物の結晶である。アルミナナノファイバーの結晶系は、例えば、後述する加水分解性アルミニウム化合物の種類、その加水分解条件又は解膠条件によって、調製できる。アルミナナノファイバーの結晶系はＸ線回折装置（例えば、商品名「Ｍａｃ．Ｓｃｉ．ＭＸＰ−１８」、マックサイエンス社製）を用いて次の条件で確認することができる。
＜条件＞管球：Ｃｕ、管電圧：４０ｋＶ、管電流：２５０ｍＡ、ゴニオメーター：広角ゴニオメーター、サンプリング幅：０．０２０°、走査速度：１０°／ｍｉｎ、発散スリット：０．５°、散乱スリット：０．５°、受光スリット：０．３０ｍｍ
本発明によるアルミナ（ベーマイト）多層多孔質膜は、熱処理することにより、多層多孔質構造並びに光物性等、基本的性質を保持したままで熱的および化学的により安定なγ-アルミナ→δ、θ-アルミナ→α-アルミナへと容易に相変化させることができ、また、いずれの場合でも層状構造を保持することができる。
【００２０】
母体となる酸化アルミニウムは高純度であることが好ましく、具体的には、含まれる不純物の含有量がそれぞれ２ｐｐｍ以下であることが好ましい。アルミナ成形体に含まれる不純物として、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、塩素イオン（Ｃｌ−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）等が挙げられる。アルミナ成形体に含まれる各不純物が２ｐｐｍ以下であると、高純度であるが故に、このアルミナ成形体を触媒担体として使用した場合に触媒性能に影響しないことや、優れた電気絶縁性能を有するという効果が得られる。アルミナ成形体における不純物の含有量は、通常、アルミナ成形体の原料の純度、各処理に用いられる薬剤の種類及び純度等に影響され、これらを適宜選択することによって、高純度のアルミナ成形体を製造できる。ここで、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）の含有量はそれぞれ、アルミナ成形体約２．０ｇを精秤して少量の塩酸で加熱分解後に精製水を加えて正確に１０ｍＬに調製した測定試料液を、原子吸光光度計（例えば、商品名「Ｚ５３００」、（株）日立製作所製）を用いて、波長５８９．０ｎｍの条件で測定して、決定できる。一方、塩素イオン（Ｃｌ−）の含有量は、アルミナ成形体約１．０ｇを精秤して精製水で正確に１０ｍＬに調整した測定試料液をイオンクロマトグラフィーによって測定できる。イオンクロマトグラフィーは、例えば、東ソー製のイオンクロマト装置（カラム「ＴＳＫｇｅｌ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ−ＰＷ ４．６×５０」を備えている。）を用いて、温度：４０℃、溶離液：ＴＳＫ ｅｌｕｅｎｔ ＩＣ−Ａｎｉｏｎ−Ａ、流量：１．５ｍＬ／ｍｉｎ、サンプルサイズ：５０μＬ、検出器：ＣＭの条件の下で実施する。
【００２１】
本発明によるアルミナ多層多孔質体の製造方法では、まず３０〜５，０００のアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）を有するアルミナナノファイバーを含有するゾルである水性アルミナナノファイバーゾルを調製する。この水性アルミナナノファイバーゾルは、アルミナナノファイバーを分散させることができる方法で調製されればよく、その一例として、水中で加水分解性アルミニウム化合物を加水分解し、次いで、解膠して調製する方法（以下、「ゾル調製方法」と称する。）が挙げられる。このゾル調製方法において、加水分解の反応条件及び解膠の処理条件を後述する特定条件とすることにより、アスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５，０００のアルミナナノファイバー、例えば、アスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５，０００であり、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１０，０００ｎｍであるアルミナナノファイバーを含有するゾルを調製することができる。
【００２２】
このゾル調製方法に用いられる加水分解性アルミニウム化合物は、各種の無機アルミニウム化合物及び有機基を有するアルミニウム化合物が包含される。無機アルミニウム化合物としては、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム等の無機酸の塩、アルミン酸ナトリウム等のアルミン酸塩、水酸化アルミニウム等が挙げられる。有機基を有するアルミニウム化合物としては、例えば、炭酸アルミニウムアンモニウム塩、酢酸アルミニウム等のカルボン酸塩、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムｎ−ブトキシド、アルミニウムｓｅｃ−ブトキシド等のアルミニウムアルコキシド、環状アルミニウムオリゴマー、ジイソプロポキシ（エチルアセトアセタト）アルミニウム、トリス（エチルアセトアセタト）アルミニウム等のアルミニウムキレート、アルキルアルミニウム等の有機アルミニウム化合物等が挙げられる。
【００２３】
ゾル調製方法における加水分解性アルミニウム化合物は、これらのうち、適度な加水分解性を有し、副生成物の除去が容易であること等から、アルミニウムアルコキシドが好ましく、炭素数２〜５のアルコキシ基を有するものが特に好ましい。
【００２４】
このゾル調製方法において、加水分解に使用する酸としては、硝酸、塩酸等の無機酸、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機酸等の一価の酸が好ましいが、無機酸は焼成後もアルミナ中に残存してしまうため、有機酸が特に好ましい。有機酸として、操作性、経済性の面で酢酸が特に好ましい。酸の使用量は、加水分解性アルミニウム化合物に対して０．２〜２．０モル倍であるのが好ましく、０．３〜１．８モル倍であるのが特に好ましい。酸の使用量が０．２モル未満であると得られるアルミナナノファイバーのアスペクト比が小さくなる場合があり、酸の使用量が２．０モルを超えると水性アルミナナノファイバーゾルの経時安定性が低下し、更に経済性の面で好ましくない。
【００２５】
加水分解の条件は、１００℃以下で０．１〜３時間が好ましい。加水分解温度が１００℃を超えると突沸の恐れがあり、加水分解時間が０．１時間未満であると温度コントロールが困難であり、３時間を超えると工程時間が長くなる。
【００２６】
加水分解する加水分解性アルミニウム化合物の酸水溶液の固形分濃度は２〜１５質量％が好ましく、３〜１０質量％が特に好ましい。この固形分濃度が２質量％未満であると得られるアルミナナノファイバーのアスペクト比が小さくなることがあり、固形分濃度が１５質量％を超えると解膠中に反応液の撹拌性が低下することがある。
【００２７】
このゾル調製方法においては、このようにして加水分解性アルミニウム化合物を加水分解して生成したアルコールを好ましくは留去した後に、解膠処理を行う。解膠処理は、１００℃〜２００℃で０．１〜１０時間加熱し、更に好ましくは１１０〜１８０℃で０．５〜５時間処理する。加熱温度が１００℃未満であると反応に長時間必要とし、２００℃を超えると高圧の容器等を必要とし、経済的に不利となることがある。加熱時間が０．１時間未満であるとアルミナナノファイバーのサイズが小さく、保存安定性が低くなることがあり、１０時間を超えると工程時間が長くなる。
【００２８】
本発明によると、上述の解膠処理で得られた繊維状もしくは針状のアルミナナノファイバーゾルに塩基性化合物を混合する。塩基性化合物は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム若しくはアンモニア、又は、エチルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、尿素等の有機アミン類等が使用できる。塩基性化合物としては、焼成処理で除去され高純度アルミナ膜が形成されるため、アンモニア又は有機アミン類が好ましい。
【００２９】
塩基性化合物の添加量は、母材のアルミニウム原子に対し０．０２mol％以上１ｍｏｌ％以下であり０．０５〜０．５mol％が特に好ましい。０．０２mol％未満では期待する層状構造が得られず、また１mol％を超えると繊維状粒子が析出し成膜性が低下するため好ましくない。
【００３０】
このようにして調製された水性アルミナナノファイバーゾルが高粘度である場合には、その中に気泡を含んでいることが多いため脱気処理をしてこれらの気泡を除去するのがよい。気泡を除去する方法としては、例えば、減圧処理、遠心処理等の各種脱気処理方法が挙げられる。必要に応じて脱気処理を施したアルミナナノファイバーゾルを、必要に応じて剥離剤をコーティングした支持体の上に塗布し、その後ゾルを乾燥させることによりアルミナ多層多孔質体が得られる。支持体の種類や乾燥条件に特に制限はなく、塗膜の厚さにもよるが、例えば、送風式オーブン等を用いて、数時間、１００度以下で加熱すればよい。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例になんら限定されるものではない。
【００３２】
分析装置
ＴＥＭ観察：ＦＥＩ−ＴＥＣＮＡＩ−Ｇ２０（２００ｋＶ）
ＳＥＭ観察に際して、多層多孔質体の断面を作製するために下記の処理を行った。
多層多孔質体を５ｍｍ以下の切片に切出し、Ｓｉウェハー片の上に試料、適量のエポキシ樹脂、カバーガラス片の順に乗せ熱硬化（１３０℃、１ｈｒ）させて固定した。樹脂包埋したサンプル片を、ハンディラップ（日本電子製:ＨＬＡ-２０００）を用いて断面が平滑になるまで予備研磨し、さらにイオンミリング装置（株）日立ハイテクノロジーズ製：Ｅ-３５００）を用いて断面加工を行った。加工条件は加速電圧３〜６ｋＶ、放電電圧４ｋＶ、ステージコントロール１〜４、加工時間は３〜６ｈｒ処理した。得られた試料片をＳＥＭ観察（（株）日立ハイテクノロジーズ製：Ｓ４８００）に使用した。
熱伝導率は下記式より算出した。
熱伝導率＝熱拡散率×密度×比熱
熱拡散率測定：周期加熱法熱拡散率測定装置（ＦＴＣ−１９）アルバック理工株式会社製
密度測定：ＡｃｃｕＰｙｃ１３３０（島津製作所社製）
比熱測定：Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＥＶＯ（株式会社リガク）
光反射率測定：ＣＡＲＹ５０００（Ｖａｒｉａｎ社製）
【００３３】
実施例１
フラスコに、イオン交換水３００ｇ、酢酸６．２ｇ（０．１mol）を取り、撹拌しながら液温を７５℃に上昇させた。これに、アルミニウムイソプロポキシド６８ｇ（０．３４ｍｏｌ）を滴下し、発生するイソプロピルアルコールを留出させたのち、反応液をオートクレーブに移し、１２０℃で、３時間反応を行った。反応液を、４０℃以下に冷却し、反応を終了した。得られたアルミナ粒子を、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した結果、表１の実施例１に示す寸法を有するアルミナナノファイバーが分散してなるアルミナゾルが得られた。実施例１で得られた繊維状アルミナ粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像を図１に示す。
【００３４】
実施例２〜４並びに比較例１及び２
酢酸量、イソプロピルアルコール留出後の反応温度、及び反応時間を変化させたことを除き、実施例１と同様にして、表１に示す各種寸法を有するアルミナゾルを作製した。
【００３５】
実施例１〜４並びに比較例１及び２で調製したアルミナゾル５０ｇと、２８％アンモニア水３．４ｇ（０．２１ｍｏｌ％）又は０．０１７ｇ（０．０１ｍｏｌ％）をプラスチック製容器に入れ、２０分間激しく振とうした。この分散液を、遠心機で脱気することにより、均一な分散液を得た。この分散液を、テフロン（登録商標）コートした容器（３００ｍｍ×２８０ｍｍ×１０ｍｍ）に流し込み、送風式オーブン内で、４０℃、３時間乾燥した。得られた膜の外観を表１に示し、代表例として、実施例３で得られた膜の外観写真を図２に示し、また実施例３で得られた膜のイオンミリング処理した膜断面のＳＥＭ画像を図３に示した。ＳＥＭ画像から、実施例１〜４で得られた膜は、表１に示す厚さを有する空隙層と、アルミナ多孔質層とが交互に積層した構造を有することを確認することができた。
実施例１〜４と比較例２で作製した自立膜の厚さ方向の熱伝導率を算出した結果を表１に示す。
また、実施例及び比較例で作製した自立膜の光反射率を図４に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
実施例５
実施例４で作製した多層多孔質膜を４００℃、１０００℃、１２００℃で空気中で５時間焼成した。ＸＲＤで結晶系を確認した結果、γ-アルミナ（４００℃）、θ-アルミナ（１０００℃）、α-アルミナ（１２００℃）であった。また空隙層の厚さをＳＥＭで測定した結果、４００℃処理膜は５０−２００ｎｍ、１０００℃処理膜は３０−１５０ｎｍ、１２００℃処理膜は３０−１５０ｎｍであり、いずれも層状構造を保持していた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によるアルミナ多層多孔質体は、優れた熱安定性、電気絶縁性などを併せ持ち、遮熱塗膜や光反射膜として、更には光学材料、センサー素子、分離膜、光電気化学膜、イオン伝導膜、触媒担体またはLow-K材料としても利用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゾルゲル法で作製されるアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５０００の範囲内にあるアルミナナノファイバーの集積体からなる多孔質アルミナ層と、空隙層とが交互に積層してなることを特徴とするアルミナ多層多孔質体。
【請求項２】
前記多孔質アルミナ層の間隔が１０〜５００ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載のアルミナ多層多孔質体。
【請求項３】
前記アルミナナノファイバーがベーマイト又は擬ベーマイトを含むことを特徴とする、請求項１に記載のアルミナ多層多孔質体。
【請求項４】
前記アルミナナノファイバーは、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１０，０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体。
【請求項５】
前記アルミナナノファイバーの結晶系が、擬ベーマイト、ベーマイト、γ-アルミナ、θ-アルミナ又はα-アルミナから選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体。
【請求項６】
平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、平均繊維長が１００〜１００００ｎｍであり、かつ、アスペクト比が３０〜５０００である繊維状もしくは針状のアルミナナノファイバーゾルに塩基性化合物を混合し、得られた混合物を支持体の上に塗布して乾燥することにより得られることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法。
【請求項７】
前記アルミナナノファイバーは、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１００００ｎｍであることを特徴とする、請求項６に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法。
【請求項８】
前記塩基性物質の添加量がＡｌ原子に対し０．０２〜１ｍｏｌ％であることを特徴とする、請求項６又は７に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法。
【請求項９】
前記アルミナナノファイバーゾルは、加水分解性アルミニウム化合物を加水分解し、次いで解膠することにより調製されることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法。
【請求項１】
ゾルゲル法で作製されるアスペクト比（平均繊維長／平均繊維幅）が５０〜５０００の範囲内にあるアルミナナノファイバーの集積体からなる多孔質アルミナ層と、空隙層とが交互に積層してなることを特徴とするアルミナ多層多孔質体。
【請求項２】
前記多孔質アルミナ層の間隔が１０〜５００ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載のアルミナ多層多孔質体。
【請求項３】
前記アルミナナノファイバーがベーマイト又は擬ベーマイトを含むことを特徴とする、請求項１に記載のアルミナ多層多孔質体。
【請求項４】
前記アルミナナノファイバーは、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１０，０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体。
【請求項５】
前記アルミナナノファイバーの結晶系が、擬ベーマイト、ベーマイト、γ-アルミナ、θ-アルミナ又はα-アルミナから選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体。
【請求項６】
平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、平均繊維長が１００〜１００００ｎｍであり、かつ、アスペクト比が３０〜５０００である繊維状もしくは針状のアルミナナノファイバーゾルに塩基性化合物を混合し、得られた混合物を支持体の上に塗布して乾燥することにより得られることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法。
【請求項７】
前記アルミナナノファイバーは、平均繊維幅が２〜２０ｎｍであり、かつ、平均繊維長が１００〜１００００ｎｍであることを特徴とする、請求項６に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法。
【請求項８】
前記塩基性物質の添加量がＡｌ原子に対し０．０２〜１ｍｏｌ％であることを特徴とする、請求項６又は７に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法。
【請求項９】
前記アルミナナノファイバーゾルは、加水分解性アルミニウム化合物を加水分解し、次いで解膠することにより調製されることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載のアルミナ多層多孔質体の製造方法。
【図４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図１】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−８２５９６（Ｐ２０１３−８２５９６Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５２６８（Ｐ２０１１−２２５２６８）
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年〜２３年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ナノテク・先端部材実用化研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３９０００３００１）川研ファインケミカル株式会社 (48)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１２日（２０１１．１０．１２）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年〜２３年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ナノテク・先端部材実用化研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（３９０００３００１）川研ファインケミカル株式会社 (48)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]