JP2002201084A - Method of manufacturing ceramic porous membrane having high surface area - Google Patents

Method of manufacturing ceramic porous membrane having high surface area

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JP2002201084A
JP2002201084A JP2000401651A JP2000401651A JP2002201084A JP 2002201084 A JP2002201084 A JP 2002201084A JP 2000401651 A JP2000401651 A JP 2000401651A JP 2000401651 A JP2000401651 A JP 2000401651A JP 2002201084 A JP2002201084 A JP 2002201084A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing ceramic porous membrane having high surface area. SOLUTION: The method of manufacturing the ceramic porous membrane is characterized in the following: the membrane is including a lot of fine pores, the incremental thickness of the membrane per one dipping process is 0.15-0.77 μm, and high surface area of roughness factor per 1 μm membrane thickness is 69-170; a process dropping metal alkoxide into water containing polyethylene glycol or dropping metal alkoxide into water and adding polyethylene glycol after deposition is obtained, and by heating the hydrolyzed deposition with added acid or alkali, the uniform sol solution is prepared; the process by dip coating a substrate with the sol solution, the membrane is formed after drying, and heating it.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、透明かつ表面積の
高い多孔性のセラミックス膜材料の製造に関するもので
あり、さらに詳しくは、酸化チタンや酸化アルミニウム
等のセラミックスを基板上に多孔質かつ膜厚を厚く成膜
することで、ラフネスファクター(基板の面積に対する
膜内部の実表面積比)を著しく高くすることのできるセ
ラミックス多孔質膜材料の新規製造方法に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the production of a transparent and high-surface-area porous ceramic film material, and more particularly, to a method of forming a porous and film-shaped ceramic such as titanium oxide or aluminum oxide on a substrate. The present invention relates to a novel method for producing a ceramic porous film material that can significantly increase the roughness factor (the ratio of the actual surface area inside the film to the area of the substrate) by forming the film thick.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゾル・ゲル法でセラミックスの薄膜を作
製する場合、一般的にはディップコーティング法を利用
する。ゾル・ゲル法に基づくディップコーティング法
は、金属アルコキシド等を含むコーティング溶液を用い
て大面積の基板全体わたって均一なコーティングを比較
的容易に行うことができる。また、コーティングされた
セラミックスの種類を変えることで、基板に機械的、化
学的保護、光学的特性、電磁気的特性、触媒特性のよう
な新しい機能特性を与えることができる有用な方法であ
る。
2. Description of the Related Art When a ceramic thin film is formed by a sol-gel method, a dip coating method is generally used. The dip coating method based on the sol-gel method can relatively easily perform uniform coating over a large-area substrate using a coating solution containing a metal alkoxide or the like. Also, by changing the type of coated ceramics, it is a useful method that can provide the substrate with new functional properties such as mechanical, chemical protection, optical properties, electromagnetic properties, and catalytic properties.

【0003】従来の方法において開発されたセラミック
ス多孔質膜は、表面に孔径の揃った細孔を有することが
特徴であった(特開平8−196903,特開平8−2
45278,特開平10−259074)。しかし、こ
れらの方法は、膜厚が薄い薄膜の作製には適していた
が、μmオーダーの膜を作製するためにはコーティング
操作を10数回以上繰り返す必要があり、厚い膜を作製
することは事実上困難であった。したがって、膜自身は
多孔質であるが、膜厚が薄いことにより膜の実表面積を
表すラフネスファクターが低いと言うことになる。ま
た、一般的なディップコーティング法においても、薄膜
の作製には適しているが、厚膜の作製には適していな
い。
[0003] The ceramic porous membrane developed by the conventional method is characterized by having pores with uniform pore diameters on the surface (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-196903 and 8-2).
45278, JP-A-10-259074). However, these methods were suitable for producing a thin film having a small thickness, but in order to produce a film on the order of μm, the coating operation had to be repeated more than ten times or more. It was virtually difficult. Accordingly, although the film itself is porous, the roughness factor representing the actual surface area of the film is low due to the small film thickness. Also, the general dip coating method is suitable for producing a thin film, but is not suitable for producing a thick film.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このような状況の中
で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、セラミック
スを基板上に多孔質かつ膜厚を厚く成膜する方法を開発
することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、溶媒
やポリエチレングリコールの添加方法を工夫した特定の
セラミックスのゾル溶液を基板にコーティングした後、
加熱焼成することによって、膜内部に多数の細孔を有
し、かつ表面積の高いセラミックス多孔質膜が製造で
き、しかも、添加するポリエチレングリコールの添加量
を変化させることにより表面積及び膜厚を制御できるこ
とを見いだし、本発明をなすに至った。本発明は、上記
に鑑み、膜内部に多数の細孔を有し、さらに膜厚が厚い
ことの相乗効果により高い表面積を有し、触媒や触媒担
体、吸着材料、脱臭・消臭材料、徐放性材料、センサー
などとして優れた特性を有するセラミックス多孔質膜及
びその簡便で経済的な製造法の提供を目的とするもので
ある。
Under such circumstances, the present inventors have developed a method for forming a porous and thick ceramic film on a substrate in view of the above prior art. As a result of intensive research with the goal of, after coating the substrate with a specific ceramic sol solution that devised a method of adding a solvent and polyethylene glycol,
By heating and baking, a ceramic porous film having a large number of pores inside and a high surface area can be manufactured, and the surface area and the film thickness can be controlled by changing the amount of polyethylene glycol to be added. Have led to the present invention. In view of the above, the present invention has a large number of pores inside the membrane, has a high surface area due to the synergistic effect of the thicker film, and has a catalyst, a catalyst carrier, an adsorbent material, a deodorant / deodorant material, It is an object of the present invention to provide a ceramic porous membrane having excellent properties as a release material, a sensor, and the like, and a simple and economical method for producing the same.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の技術的手段により構成される。 (1)内部に多数の細孔を有し、1回のディップコーテ
ィング操作により膜厚が0.15〜0.77μm、かつ
膜厚1μmあたりのラフネスファクターが69〜170
の高表面積を有するセラミックス多孔質膜を製造する方
法であって、金属アルコキシドをポリエチレングリコー
ルを含む水に滴下するか、金属アルコキシドを水に滴下
し、沈殿が得られた後にポリエチレングリコールを添加
し、加水分解して得られる沈殿を酸又はアルカリを添加
して加熱することにより、均一なゾル溶液を調製する工
程、上記均一なゾル溶液を基板上にディップコーティン
グし、乾燥し、加熱処理して膜を作製する工程、からな
ることを特徴とするセラミックス多孔質膜の製造方法。 (2)ラフネスファクターが69〜400の膜とするこ
とを特徴とする前記(1)記載のセラミックス多孔質膜
の製造方法。 (3)1回のコーティング操作で、最大0.77μmの
膜厚を有する膜を作製することを特徴とする前記(1)
記載のセラミックス多孔質膜の製造方法。 (4)ディップコーティング・加熱処理の操作を繰り返
して膜厚を増加させることを特徴とする前記(1)記載
のセラミックス多孔質膜の製造方法。 (5)前記(1)から(4)のいずれかの方法で作製さ
れたセラミックス多孔質膜であって、内部に多数の細孔
を有し、1回のディップコーティング操作により膜厚が
0.15〜0.77μm、かつ膜厚1μmあたりのラフ
ネスファクターが69〜170の高表面積を有するセラ
ミックス多孔質膜。
The present invention for solving the above problems is constituted by the following technical means. (1) It has a large number of pores inside, and the film thickness is 0.15 to 0.77 μm by one dip coating operation, and the roughness factor per 1 μm of the film thickness is 69 to 170.
A method for producing a ceramic porous membrane having a high surface area, wherein a metal alkoxide is dropped into water containing polyethylene glycol, or a metal alkoxide is dropped into water, and polyethylene glycol is added after a precipitate is obtained, A step of preparing a uniform sol solution by heating the precipitate obtained by hydrolysis by adding an acid or an alkali, dip coating the uniform sol solution on a substrate, drying, and heat-treating the film. A method for producing a porous ceramic film. (2) The method for producing a ceramic porous film according to (1), wherein the film has a roughness factor of 69 to 400. (3) A film having a maximum thickness of 0.77 μm is produced by one coating operation.
The method for producing a ceramic porous membrane according to the above. (4) The method for producing a ceramic porous film according to (1), wherein the thickness of the ceramic porous film is increased by repeating the operations of dip coating and heat treatment. (5) A ceramic porous film produced by any one of the above (1) to (4), having a large number of pores inside, and having a film thickness of 0.1 mm by one dip coating operation. A porous ceramic film having a high surface area of 15 to 0.77 μm and a roughness factor of 69 to 170 per 1 μm of film thickness.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】次に、本発明についてさらに詳細
に説明する。本発明に用いられるセラミックスのゾル溶
液は、金属アルコキシドを蒸留水に滴下し、加水分解し
て得られる沈殿を酸又はアルカリを添加して加熱するこ
とにより、沈殿を解膠させて得られる。この際、金属ア
ルコキシドを滴下させる蒸留水にあらかじめポリエチレ
ングリコールを溶解させておくか、あるいは金属アルコ
キシドを蒸留水に滴下し、沈殿が得られた後にポリエチ
レングリコールを溶解させることにより、その後の同様
な操作によって均一なセラミックスのゾル溶液を得るこ
とができる。従来の方法において、例えば、セラミック
スのゾル溶液にポリエチレングリコール等を添加し、こ
れをコーティングする方法が知られているが、一度ゾル
が生成した後にポリエチレングリコールを添加しても、
ゾルが凝集して沈殿を生成し、均一な溶液を得ることが
できない。本発明では、ゾルが生成する前にポリエチレ
ングリコールを添加すること、均一なゾル溶液を用いる
こと、が重要である。上記方法で得られた均一なゾル溶
液を用いることによって、内部に細孔を多数有し、かつ
膜厚が0.15〜0.77μm(1回のディップコーテ
ィング操作による)、かつラフネスファクターが69〜
170(膜厚1μmあたり)の高表面積を有する耐久性
に優れたセラミックス多孔質膜を製造することができ
る。
Next, the present invention will be described in more detail. The ceramic sol solution used in the present invention is obtained by dropping a metal alkoxide into distilled water, heating the precipitate obtained by adding an acid or an alkali, and heating the precipitate, thereby peptizing the precipitate. At this time, polyethylene glycol is previously dissolved in distilled water in which the metal alkoxide is dropped, or the metal alkoxide is dropped in distilled water, and after the precipitate is obtained, the polyethylene glycol is dissolved. Thus, a uniform ceramic sol solution can be obtained. In a conventional method, for example, a method of adding polyethylene glycol or the like to a ceramic sol solution and coating the same is known.
The sol aggregates to form a precipitate, and a uniform solution cannot be obtained. In the present invention, it is important to add polyethylene glycol before the sol is formed and to use a uniform sol solution. By using the uniform sol solution obtained by the above method, it has a large number of pores inside, a film thickness of 0.15 to 0.77 μm (by one dip coating operation), and a roughness factor of 69. ~
A ceramic porous film having a high surface area of 170 (per 1 μm of film thickness) and excellent durability can be manufactured.

【0007】本発明において、セラミックスのゾル溶液
を調製するための金属アルコキシドとしては、全ての金
属アルコキシドが用いられ、特に、Ti、Al等のアル
コキシドが好適なものとして例示されるが、ゾルを形成
するものであれば適宜使用でき、これらに制限されるも
のではない。添加する酸又はアルカリとしては、例え
ば、硝酸、塩酸、アンモニア水が好適なものとして例示
される。コーティング方法としては、例えば、ディップ
コーティング法、スピンコーティング法、スクリーンプ
リンティング法、スプレー法などが好適なものとして例
示されるが、ポリエチレングリコールを含むゾル溶液を
基板上に均一にコーティングできる方法であれば適宜使
用でき、これらに制限されるものではない。加熱の条件
は、ポリエチレングリコールが焼失する400℃以上で
あれば問題は無いが、加熱処理温度の上昇とともに焼結
が進行するためにラフネスファクターが小さくなるの
で、400℃以上で基板と膜との付着性が低くならない
限り低い温度が望ましい。基板としては、例えば、ガラ
ス、ネサガラス、セラミックス、コンクリート、金属な
どが例示されるが、加熱処理温度に耐えられるものであ
れば、どのような材質であっても良い。また、その形状
も、板状、円筒状、角柱状、円錐状、球状、ファイバー
状など、どのような形であっても良い。
In the present invention, all metal alkoxides are used as a metal alkoxide for preparing a sol solution of ceramics. In particular, alkoxides such as Ti and Al are exemplified as preferable ones. It can be appropriately used as long as it does, and is not limited thereto. Suitable examples of the acid or alkali to be added include nitric acid, hydrochloric acid, and aqueous ammonia. As the coating method, for example, a dip coating method, a spin coating method, a screen printing method, a spray method and the like are exemplified as preferable examples. They can be used as appropriate and are not limited to these. There is no problem if the heating conditions are 400 ° C. or higher at which polyethylene glycol is burned off, but since the sintering progresses with an increase in the heat treatment temperature, the roughness factor decreases. Lower temperatures are desirable as long as the adhesion is not reduced. Examples of the substrate include glass, nesa glass, ceramics, concrete, and metal, but any material may be used as long as it can withstand the heat treatment temperature. The shape may be any shape such as a plate, a cylinder, a prism, a cone, a sphere, and a fiber.

【0008】本発明では、上記方法で得られた均一なゾ
ル溶液を、ディップコーティング法、スピンコーティン
グ法、スクリーンプリンティング法、スプレー法などに
より、基板上にコーティングし、液膜をコーティングし
た基板を乾燥後、400℃以上の温度で加熱処理して成
膜する。上記コーティング・加熱処理の操作を繰り返
し、膜厚を増加させることができる。本発明では、ポリ
エチレングリコールの添加量を、例えば、ゾル溶液10
0mlあたり1〜10に調整することにより、1回のデ
ィップコーティング操作において膜厚を0.15〜0.
77μmに制御でき、また膜厚1μmあたりのラフネス
ファクターを69〜170に制御でき、例えば、ラフネ
スファクターが69〜400の膜とすることができる。
In the present invention, the uniform sol solution obtained by the above method is coated on a substrate by a dip coating method, a spin coating method, a screen printing method, a spray method or the like, and the substrate coated with a liquid film is dried. Thereafter, heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. or higher to form a film. By repeating the above-mentioned coating / heating treatment operation, the film thickness can be increased. In the present invention, the amount of polyethylene glycol to be added is, for example, 10
By adjusting the thickness to 1 to 10 per 0 ml, the film thickness is 0.15 to 0.1 in one dip coating operation.
The thickness can be controlled to 77 μm, and the roughness factor per 1 μm of the film thickness can be controlled to 69 to 170. For example, the film can have a roughness factor of 69 to 400.

【0009】本発明により作製されるセラミックス多孔
質膜の特性としては、特に、1)膜厚は、1回のディッ
プコーティング操作で0.15〜0.77μmである、
2)ラフネスファクターは、膜厚1μmあたり69〜1
70である、3)基板との付着性が高い、4)膜の透明
性が高い、5)膜の均一性が高い、等が示される。
The characteristics of the ceramic porous film produced according to the present invention are, in particular, 1) the film thickness is 0.15 to 0.77 μm in one dip coating operation;
2) The roughness factor is 69 to 1 per 1 μm of film thickness.
70), 3) high adhesion to the substrate, 4) high transparency of the film, 5) high uniformity of the film, and the like.

【0010】[0010]

【実施例】次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明するが、本発明は該当実施例によって何ら限定される
ものではない。 実施例1 (1)セラミックスのゾル溶液の調製 本実施例では、酸化チタン多孔質膜を作製した。酸化チ
タン多孔質膜を作製するためのディップコーティング溶
液となるポリエチレングリコールを含有する酸化チタン
ゾル溶液の作製は、以下のように行った。300mlの
蒸留水に所定量のポリエチレングリコール(分子量:2
000)を溶解した。このポリエチレングリコール水溶
液にチタン酸テトライソプロピル(56.6ml)/イ
ソプロパノール(50ml)溶液を徐々に滴下し、チタ
ンのアルコキシドの加水分解を行った。生成した白色の
懸濁液に濃硝酸(2.5ml)を加え、約80℃に加熱
してイソプロパノールの除去とともに解膠を行った。引
き続き、同じ温度で加熱を続け、ゾル溶液を100ml
の体積まで濃縮した。同様にポリエチレングリコールの
含有量を変えた溶液を数種類調製した。
Next, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples. Example 1 (1) Preparation of Ceramic Sol Solution In this example, a titanium oxide porous film was prepared. Preparation of a titanium oxide sol solution containing polyethylene glycol as a dip coating solution for preparing a titanium oxide porous membrane was performed as follows. A predetermined amount of polyethylene glycol (molecular weight: 2) is added to 300 ml of distilled water.
000) was dissolved. A tetraisopropyl titanate (56.6 ml) / isopropanol (50 ml) solution was gradually added dropwise to the aqueous polyethylene glycol solution to hydrolyze the alkoxide of titanium. Concentrated nitric acid (2.5 ml) was added to the resulting white suspension, and the mixture was heated to about 80 ° C. to remove isopropanol and peptize. Subsequently, heating was continued at the same temperature, and 100 ml of the sol solution was
To a volume of. Similarly, several kinds of solutions having different contents of polyethylene glycol were prepared.

【0011】(2)多孔質膜の作製 作製したコーティング溶液をディップコーティング装置
を用いて5mm/minの速度でガラス基板上にコーテ
ィングし、乾燥後、500℃の電気炉中で30min加
熱処理して酸化チタン膜を作製した。酸化チタン多孔質
膜の膜厚及びラフネスファクターの測定を容易にするた
め、ディップコーティング・加熱処理の操作を3回繰り
返し、酸化チタン多孔質膜の膜厚を増加させた。
(2) Preparation of porous film The prepared coating solution was coated on a glass substrate at a rate of 5 mm / min using a dip coating apparatus, dried, and then heated in an electric furnace at 500 ° C. for 30 minutes. A titanium oxide film was formed. To facilitate the measurement of the thickness and roughness factor of the titanium oxide porous film, dip coating and heat treatment were repeated three times to increase the thickness of the titanium oxide porous film.

【0012】(3)測定方法 作製した酸化チタン多孔質膜の膜厚を測定するため、走
査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、膜の断面観察を行
った。作製した酸化チタン膜の多孔度を評価するため
に、酸化チタン表面に単分子層吸着するRu色素を酸化
チタン膜に吸着させ、その色素の吸着量からラフネスフ
ァクターを算出した。ラフネスファクターは、基板の投
影面積に対する多孔質膜内部の表面積の比として求めら
れ、多孔質膜の実際の表面積を表す。色素の吸着は色素
(シス−ジ(チトシアナト)ビス(2,2’−ビピリジ
ル−4,4’−ジカルボキシレート)Ru(II) )のエ
タノール溶液(3.0×10-3M)に酸化チタン膜を含
浸させ、加熱・還流を1時間行い、エタノールで洗浄
後、乾燥させることで行った。色素吸着前後の酸化チタ
ン多孔質膜の透過率を分光器で測定し、色素分子の吸収
波長(540nm)における透過率の変化を測定した。
この透過率の変化と色素分子のモル吸光係数もとに、ラ
ンベルト−ベールの法則から酸化チタン多孔質膜上の色
素吸着量を概算した。この色素吸着量と色素分子の大き
さ(分子直径:1.4nm)から、酸化チタン膜のラフ
ネスファクターを算出した。
(3) Measurement Method In order to measure the film thickness of the produced porous titanium oxide film, a cross section of the film was observed using a scanning electron microscope (SEM). In order to evaluate the porosity of the produced titanium oxide film, a Ru dye adsorbing a monolayer on the titanium oxide surface was adsorbed on the titanium oxide film, and the roughness factor was calculated from the amount of the dye adsorbed. The roughness factor is obtained as a ratio of the surface area inside the porous film to the projected area of the substrate, and represents the actual surface area of the porous film. The adsorption of the dye was oxidized to an ethanol solution (3.0 × 10 −3 M) of the dye (cis-di (titocyanato) bis (2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate) Ru (II)). This was performed by impregnating a titanium film, heating and refluxing for 1 hour, washing with ethanol, and drying. The transmittance of the porous titanium oxide film before and after dye adsorption was measured with a spectroscope, and the change in the transmittance at the absorption wavelength (540 nm) of the dye molecules was measured.
Based on the change in transmittance and the molar extinction coefficient of the dye molecule, the amount of dye adsorbed on the titanium oxide porous membrane was roughly estimated from Lambert-Beer's law. The roughness factor of the titanium oxide film was calculated from the dye adsorption amount and the size of the dye molecule (molecular diameter: 1.4 nm).

【0013】(4)結果 酸化チタンゾル(15wt%)溶液は、ポリエチレング
リコールを1,3,5,10g/100ml−溶液の濃
度で添加した4種類を調製した。これらの溶液を各々用
いてディップコーティング法で3回コーティングと50
0℃での加熱処理を行って酸化チタン膜を作製した。作
製した酸化チタン多孔質膜は、いずれの膜も透明で均質
な膜であった。
(4) Results Four types of titanium oxide sol (15 wt%) solutions were prepared by adding polyethylene glycol at a concentration of 1, 3, 5, 10 g / 100 ml-solution. Each of these solutions was coated three times by the dip coating method and 50 times.
A heat treatment was performed at 0 ° C. to form a titanium oxide film. Each of the produced porous titanium oxide films was a transparent and homogeneous film.

【0014】それぞれの酸化チタン多孔質膜についてS
EMの断面観察を行い膜厚を測定し、ディップコーティ
ング溶液中のポリエチレングリコールの添加量との関係
を調べた(図1)。この図から明らかなように、ポリエ
チレングリコール添加量の増加にともない、酸化チタン
膜の膜厚が増加することが確認できた。1 回のコーティ
ング操作で最大約0.8μmの膜厚が得られた。これは
ポリエチレングリコールの添加によりコーティング溶液
の粘度が増加し、ディップコーティング時に基板へ塗布
されるコーティング溶液の膜厚が増加したことが原因で
あると考えられる。一般的なディップコーティングにお
いて、コーティング速度を速めるなどしてコーティング
溶液の液厚を増加させた場合には、熱処理後の膜にクラ
ックや剥離などが生じることが多々ある。しかし、今
回、ポリエチレングリコールを添加したゾル溶液では、
液膜及び膜厚が厚いにもかかわらず、均質な膜を作製す
ることができた。
For each titanium oxide porous membrane, S
The cross section of the EM was observed to measure the film thickness, and the relationship with the amount of polyethylene glycol added to the dip coating solution was examined (FIG. 1). As is clear from this figure, it was confirmed that the thickness of the titanium oxide film increased with an increase in the amount of added polyethylene glycol. A maximum thickness of about 0.8 μm was obtained in one coating operation. This is considered to be because the viscosity of the coating solution was increased by the addition of polyethylene glycol, and the film thickness of the coating solution applied to the substrate during dip coating was increased. In general dip coating, when the coating speed is increased to increase the coating solution thickness, cracks and peeling often occur in the film after the heat treatment. However, this time, in the sol solution to which polyethylene glycol was added,
Although the liquid film and the film thickness were large, a uniform film could be produced.

【0015】作製した酸化チタン膜にRu錯体色素を吸
着させ、色素吸着前後の酸化チタン膜の透過率を分光器
で測定し、色素吸着量及び色素分子のサイズからラフネ
スファクターを算出した。図2にポリエチレングリコー
ルの添加量とラフネスファクターの関係を示した。この
図から分かるように、ポリエチレングリコールの添加量
とともにラフネスファクターが増加した。ポリエチレン
グリコールの添加効果をより詳細に検討するために、ラ
フネスファクターを単位膜厚で換算したものも図3に示
した。膜厚あたりのラフネスファクターがポリエチレン
グリコールの添加量とともに増加していることから、ポ
リエチレングリコールの添加は単に膜厚を増加させるだ
けではなく、酸化チタン膜の膜構造を多孔化させる効果
があると結論される。
A Ru complex dye was adsorbed on the prepared titanium oxide film, the transmittance of the titanium oxide film before and after dye adsorption was measured by a spectroscope, and a roughness factor was calculated from the amount of dye adsorbed and the size of the dye molecule. FIG. 2 shows the relationship between the amount of polyethylene glycol added and the roughness factor. As can be seen from this figure, the roughness factor increased with the amount of polyethylene glycol added. In order to examine the effect of adding polyethylene glycol in more detail, FIG. 3 also shows the roughness factor converted into unit film thickness. Since the roughness factor per film thickness increases with the amount of polyethylene glycol added, it is concluded that the addition of polyethylene glycol not only increases the film thickness but also has the effect of making the titanium oxide film structure porous. Is done.

【0016】一般的に、ゾル・ゲル法による酸化物薄膜
の作製において、焼結が起こりにくい比較的低い加熱処
理温度では、乾燥過程での溶媒の蒸発痕等の影響により
多孔質な膜が得られやすい。これにポリエチレングリコ
ールを添加することにより、ポリエチレングリコールが
乾燥過程で溶媒(水)の蒸発後もゲル膜中に留まり、加
熱処理過程で残存するポリエチレングリコールが焼失す
ることでより多くの細孔を形成されると考えられる。ま
た、ゲル膜中のポリエチレングリコール残存は、乾燥・
加熱処理過程を通して酸化チタン膜の収縮すなわちゾル
粒子間の接近を防ぎ、クラックや剥離の無い均質な膜を
作ることができると考えられる。
In general, in the preparation of an oxide thin film by the sol-gel method, at a relatively low heat treatment temperature at which sintering does not easily occur, a porous film is obtained due to the influence of traces of evaporation of the solvent in the drying process. Easy to be. By adding polyethylene glycol, polyethylene glycol stays in the gel film even after the solvent (water) evaporates in the drying process, and the remaining polyethylene glycol in the heat treatment process is burned off to form more pores. It is thought to be done. In addition, the residual polyethylene glycol in the gel film
It is considered that the heat treatment process prevents the shrinkage of the titanium oxide film, that is, the approach between the sol particles, and makes it possible to form a uniform film without cracks or peeling.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、ゾル・
ゲル法により調製したディップコーティング溶液に予め
ポリエチレングリコールを添加することにより、透明か
つ多孔質な酸化チタン膜等のセラミックス膜を作製する
ことを可能とするものである。本発明によれば、ポリエ
チレングリコールの含有量を調整することにより、酸化
チタン膜等のセラミックス膜の膜厚を1回のディップコ
ーティング操作で、0.15〜0.77μm、及び膜厚
1μmあたりのラフネスファクターを69〜170の範
囲で制御できる。本発明で開発した酸化チタン膜等のセ
ラミックス膜の作製方法は、光触媒、色素増感太陽電
池、センサー材料等の様々な材料に適用できる有望な技
術として有用である。
As described in detail above, the present invention provides a sol
By adding polyethylene glycol to the dip coating solution prepared by the gel method in advance, it is possible to produce a transparent and porous ceramic film such as a titanium oxide film. According to the present invention, by adjusting the content of polyethylene glycol, the thickness of a ceramic film such as a titanium oxide film can be adjusted to 0.15 to 0.77 μm in one dip coating operation, and per 1 μm of the film thickness. The roughness factor can be controlled in the range of 69 to 170. The method for producing a ceramic film such as a titanium oxide film developed in the present invention is useful as a promising technique applicable to various materials such as photocatalysts, dye-sensitized solar cells, and sensor materials.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ポリエチレングリコール添加量と酸化チタン膜
の膜厚との関係を示す。
FIG. 1 shows the relationship between the amount of polyethylene glycol added and the thickness of a titanium oxide film.

【図2】ポリエチレングリコール添加量と酸化チタン膜
のラフネスファクターとの関係を示す。
FIG. 2 shows the relationship between the amount of polyethylene glycol added and the roughness factor of a titanium oxide film.

【図3】ポリエチレングリコール添加量と単位膜厚あた
りの酸化チタン膜のラフネスファクターとの関係を示
す。
FIG. 3 shows the relationship between the amount of polyethylene glycol added and the roughness factor of a titanium oxide film per unit film thickness.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 内部に多数の細孔を有し、1回のディッ
プコーティング操作により膜厚が0.15〜0.77μ
m、かつ膜厚1μmあたりのラフネスファクターが69
〜170の高表面積を有するセラミックス多孔質膜を製
造する方法であって、 金属アルコキシドをポリエチレングリコールを含む水に
滴下するか、金属アルコキシドを水に滴下し、沈殿が得
られた後にポリエチレングリコールを添加し、加水分解
して得られる沈殿を酸又はアルカリを添加して加熱する
ことにより、均一なゾル溶液を調製する工程、 上記均一なゾル溶液を基板上にディップコーティング
し、乾燥し、加熱処理して膜を作製する工程、 からなることを特徴とするセラミックス多孔質膜の製造
方法。
1. A film having a large number of pores therein and having a thickness of 0.15 to 0.77 μm by one dip coating operation.
m and roughness factor per 1 μm of film thickness is 69
A method for producing a ceramic porous membrane having a high surface area of from about 170 to about 170, wherein a metal alkoxide is dropped into water containing polyethylene glycol, or a metal alkoxide is dropped into water, and polyethylene glycol is added after a precipitate is obtained. A step of preparing a uniform sol solution by adding an acid or an alkali to the precipitate obtained by hydrolysis and heating, dip coating the uniform sol solution on a substrate, drying and heating. A method for producing a ceramic porous film, comprising:
【請求項2】 ラフネスファクターが69〜400の膜
とすることを特徴とする請求項1記載のセラミックス多
孔質膜の製造方法。
2. The method for producing a ceramic porous film according to claim 1, wherein the film has a roughness factor of 69 to 400.
【請求項3】 1回のコーティング操作で、最大0.7
7μmの膜厚を有する膜を作製することを特徴とする請
求項1記載のセラミックス多孔質膜の製造方法。
3. A maximum of 0.7 in one coating operation.
The method for producing a ceramic porous film according to claim 1, wherein a film having a thickness of 7 µm is produced.
【請求項4】 ディップコーティング・加熱処理の操作
を繰り返して膜厚を増加させることを特徴とする請求項
1記載のセラミックス多孔質膜の製造方法。
4. The method for producing a ceramic porous film according to claim 1, wherein the operation of dip coating and heat treatment is repeated to increase the film thickness.
【請求項5】 請求項1から4のいずれかの方法で作製
されたセラミックス多孔質膜であって、内部に多数の細
孔を有し、1回のディップコーティング操作により膜厚
が0.15〜0.77μm、かつ膜厚1μmあたりのラ
フネスファクターが69〜170の高表面積を有するセ
ラミックス多孔質膜。
5. A ceramic porous film produced by the method according to claim 1, which has a large number of pores therein and has a thickness of 0.15 by one dip coating operation. A ceramic porous film having a high surface area of about 0.77 μm and a roughness factor of 69 to 170 per 1 μm of film thickness.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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