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任意屈折率のシリカエアロゲル 開発と性能評価

任意屈折率のシリカエアロゲル 開発と性能評価. 田端誠，足立一郎 A ，福嶋知一，河合秀幸 B ，倉谷厚志， 西田昌平 A ，布村崇裕，奥平恭子 C ，富岡功輔，矢野創 C ，横川弘 D 千葉大自然，高エ研 A ，千葉大理 B ， ISAS / JAXA C ，松下電工 D. 日本物理学会　第 61 回年次大会 愛媛大学・松山大学 2006/03/28(Tue). 28pWL-5. 研究背景. 屈折率. シリカエアロゲル（ 固体 ）. 気体. 液体・固体. 1.001. 1.005. 1.08. 1.3. 高屈折率エアロゲル製作の困難

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任意屈折率のシリカエアロゲル 開発と性能評価

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  1. 任意屈折率のシリカエアロゲル開発と性能評価任意屈折率のシリカエアロゲル開発と性能評価 田端誠，足立一郎A，福嶋知一，河合秀幸B，倉谷厚志， 西田昌平A，布村崇裕，奥平恭子C，富岡功輔，矢野創C，横川弘D 千葉大自然，高エ研A，千葉大理B，ISAS / JAXAC，松下電工D 日本物理学会　第61回年次大会 愛媛大学・松山大学 2006/03/28(Tue) 28pWL-5

  2. 研究背景 屈折率 シリカエアロゲル（ 固体 ） 気体 液体・固体 1.001 1.005 1.08 1.3 高屈折率エアロゲル製作の困難 テトラメトキシシラン + 水 > 溶媒 　　　　　　　　調合液が分離 ゲル化が進行しない 低屈折率エアロゲル製作の困難 超臨界乾燥時の高温で エアロゲルが収縮 密度が上がり、 屈折率が上がる

  3. これまでの成果 • 低密度エアロゲル • JPS 2004 春 • 2層間の • 化学的結合が • 収縮を抑制する。 • 高屈折率エアロゲル • JPS 2004 秋 • 製作途中で • 意図的に • 収縮させる。 松下電工（株） 標準製法 • 改善が必要 • クラック • 反り・歪み • 透明度 2層式

  4. 高屈折率エアロゲルの開発 ～ピンホール乾燥法～ （室温ゆっくり乾燥→収縮）

  5. ピンホール乾燥 標準製法 調合 超臨界乾燥 エアロゲル ゲル化 洗浄 2 アルコゲル 熟成 疎水化処理 洗浄 1

  6. ピンホール乾燥法 ～高屈折率エアロゲルの製法～ 自然乾燥 ピンホール乾燥法 調合・半熟成後のアルコゲルを 半密閉容器に入れ、徐々に溶媒を揮発させる ゲル構造を壊さずに収縮 →　密度（屈折率）増大

  7. 屈折率 と 透過長 2005年製作

  8. ジメチルホルムアミド（DMF）溶媒 屈折率 と 透過長

  9. 密度 と 屈折率 シリカエアロゲルの 密度と屈折率の関係 n = 1 + 0.25ρ

  10. 収縮度合い と 屈折率 n-1=(n0-1)s-3 n0 : 収縮しない場合の屈折率 s : 元の長さを1とした場合の 収縮後の長さ

  11. 低密度エアロゲルの開発 ～フレーム構造法～ （硬いゲルで囲んで収縮抑制）

  12. フレーム構造 テフロンシート フレーム構造法 ～低密度エアロゲルの製法～ 2層式の応用 収縮率の小さなアルコゲルで型を形成する 内部に成型したアルコゲルは収縮が抑えられる • ガラスケース・プレート • エタノール溶媒 • エタノール超臨界乾燥 低密度エアロゲルの実現

  13. 二層構造 (1.001) 密度 : 0.01227±0.00001 g/cm3 （屈折率 1.0031 相当） 厚さ : 19.0mm → 11.5mm (61%) 二層構造 (1.0025) 密度 : 0.01656±0.00008 g/cm3 （屈折率 1.0041 相当） 厚さ : 19.0mm → 14.0mm (74%) 低密度エアロゲルサンプル フレーム構造 (1.001) 密度 : 0.00880±0.00008 g/cm3 （屈折率 1.0022 相当） 密度測定

  14. まとめ • ピンホール乾燥法により、屈折率が1.1~1.3で、20~25mmという高い透過長をもつエアロゲルを製作可能になった。 • 高エネルギー実験だけでなく、原子核実験などでの利用に期待。 • フレーム構造法により、密度0.01g/cm3を下回るエアロゲルを初めて製作できた。 • 宇宙塵捕集材としての利用を目指す。 • 標準製法と2つの新製法により、気体と液体の間の屈折率をシリカエアロゲルでほぼ埋めることができる。

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