(57)【要約】      （修正有）【課題】ナノ粉末を主体とする多孔体、及び多孔体を容易に製造できる多孔体の製造方法の提供。【解決手段】ナノ粒子１０を複数有するナノ粉末と、ナノ粒子１０の間を橋渡ししてナノ粒子１０同士を結合する結合樹脂２０とを備え、ナノ粉末の含有量が、２５体積％以下である多孔体。ナノ粒子１０を複数有するナノ粉末と、樹脂２０を含む溶液とを準備する原料準備工程と、前記ナノ粉末を成形容器に充填する粉末充填工程と、前記成形容器内に前記溶液を充填して、前記ナノ粉末に前記溶液を浸透させる溶液浸透工程と、前記溶液中の溶媒を除去することで、ナノ粒子１０同士の間を橋渡しする樹脂２０を析出させてナノ粒子１０同士を結合させ、前記ナノ粉末の含有量が２５体積％以下の多孔体を作製する溶媒除去工程とを備える多孔体の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子を複数有するナノ粉末と、
前記ナノ粒子の間を橋渡しして前記ナノ粒子同士を結合する結合樹脂とを備え、
前記ナノ粉末の含有量が、２５体積％以下である多孔体。
【請求項２】
前記結合樹脂の前記ナノ粉末に対する含有量は、５体積％以下である請求項１に記載の多孔体。
【請求項３】
前記多孔体を平面視したときの面積が１０００ｍｍ２以上である請求項１または請求項２に記載の多孔体。
【請求項４】
前記多孔体の高さが、２０ｍｍ以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の多孔体。
【請求項５】
前記ナノ粉末は、フェライト、γ−Ｆｅ２Ｏ３、ε−Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＴｉＯ２、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｐｄ−Ｒｕ、及びカーボンから選択される１種以上の材質の前記ナノ粒子を含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の多孔体。
【請求項６】
前記結合樹脂の材質は、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、及びポリフェニレンスルフィド樹脂から選択される少なくとも１種の熱可塑性樹脂、又は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及び熱硬化性ポリイミド樹脂から選択される少なくとも１種の熱硬化性樹脂である請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の多孔体。
【請求項７】
触媒、電磁波吸収体、フィルタ、電極、成形体の前駆体、及び焼結体の前駆体から選択される１種以上に用いられる請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の多孔体。
【請求項８】
ナノ粒子を複数有するナノ粉末と、樹脂を含む溶液とを準備する原料準備工程と、
前記ナノ粉末を成形容器に充填する粉末充填工程と、
前記成形容器内に前記溶液を充填して、前記ナノ粉末に前記溶液を浸透させる溶液浸透工程と、
前記溶液中の溶媒を除去することで、前記ナノ粒子同士の間を橋渡しする前記樹脂を析出させて前記ナノ粒子同士を結合させ、前記ナノ粉末の含有量が２５体積％以下の多孔体を作製する溶媒除去工程とを備える多孔体の製造方法。
【請求項９】
前記原料準備工程は、ナノ粒子を複数有するナノ粉末が樹脂により結合されてなる結合体の前記樹脂を溶解させて、前記結合体から前記ナノ粉末を抽出することで前記ナノ粉末を準備するナノ粉末準備工程を備える請求項８に記載の多孔体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔体、及び多孔体の製造方法に関する。特に、ナノ粉末を主体とする多孔体、及びその多孔体を容易に製造できる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノオーダーであるナノ粉末は、比表面積が大きいことや、特有の物性（例えば、触媒活性など）を発現することから、触媒など種々の用途に利用されつつある。例えば、特許文献１には、平均粒子径が１００ｎｍ以下のナノ粉末が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２０４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
触媒やフィルタなど用途によっては、低密度で表面積の大きい構造形態、例えば、三次元の網目状である多孔体を用いることが望まれている。しかし、低密度でありながらナノ粒子を骨格の主体とする多孔体として適当な技術が提案されていない。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、ナノ粉末を主体とする多孔体を提供することにある。
【０００６】
本発明の別の目的は、上記多孔体を容易に製造できる多孔体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る多孔体は、ナノ粒子を複数有するナノ粉末と、ナノ粒子の間を橋渡ししてナノ粒子同士を結合する結合樹脂とを備え、ナノ粉末の含有量が、２５体積％以下である。
【０００８】
本発明の一態様に係る多孔体の製造方法は、原料準備工程と、粉末充填工程と、溶液浸透工程と、溶媒除去工程とを備える。原料準備工程は、ナノ粒子を複数有するナノ粉末と、樹脂を含む溶液とを準備する。粉末充填工程は、ナノ粉末を成形容器に充填する。溶液浸透工程は、成形容器内に溶液を充填して、ナノ粉末に溶液を浸透させる。溶媒除去工程は、溶液中の溶媒を除去することで、ナノ粒子同士の間を橋渡しする樹脂を析出させてナノ粒子同士を結合させ、ナノ粉末の含有量が２５体積％以下の多孔体を作製する。
【発明の効果】
【０００９】
上記多孔体は、ナノ粉末が骨格の主体であり、低密度で多くの気孔が形成されていながら結合強度に優れ、種々の用途に好適に利用できる。
【００１０】
上記多孔体の製造方法は、上記多孔体を容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】試験例１で作製した試料Ｎｏ．１−１の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
《本発明の実施形態の説明》
本発明者らは、取り扱いの困難なナノ粉末を骨格の主体とし、低密度で多くの気孔が形成されていながらも結合強度に優れる多孔体を製造する方法を鋭意検討した。その結果、成形容器内にナノ粉末を充填した後、そのナノ粉末にナノ粒子同士を結合する樹脂を含む溶液を浸透させて溶液の溶媒を除去することで、ナノ粉末を骨格の主体とし、低密度で多くの気孔が形成されていながらも結合強度に優れる多孔体を製造できる、との知見を得た。特に、成形容器内へのナノ粉末の充填をナノ粒子同士の間隔があまり詰まらず、かつナノ粉末が飛散しないように行うと共に、溶液を静かに注いでナノ粉末の特定の高さまで浸透させて、溶液の溶媒を除去することが好ましい、との知見も得た。本発明は、これらの知見に基づくものである。最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１３】
（１）本発明の一態様に係る多孔体は、ナノ粒子を複数有するナノ粉末と、ナノ粒子の間を橋渡ししてナノ粒子同士を結合する結合樹脂とを備え、ナノ粉末の含有量が、２５体積％以下である。
【００１４】
上記の構成によれば、多孔体は、ナノ粒子の間を橋渡ししてナノ粒子同士を結合する結合樹脂を備えることで、骨格の主体がナノ粉末で構成されていて、ナノ粉末の含有量が２５体積％以下のような低密度で多くの気孔が形成されていながらも結合強度に優れる。そのため、種々の用途に好適に利用できる。
【００１５】
（２）上記多孔体の一形態として、結合樹脂のナノ粉末に対する含有量は、５体積％以下であることが挙げられる。
【００１６】
上記の構成によれば、ナノ粒子同士を結合する結合樹脂のナノ粉末に対する含有量が５体積％以下のようにナノ粉末の含有量に比較して非常に少なく、多孔体の殆どが気孔で構成されていて通気性に優れるため、触媒やフィルタなどに好適に利用できる。
【００１７】
（３）上記多孔体の一形態として、多孔体を平面視したときの面積が１０００ｍｍ２以上であることが挙げられる。
【００１８】
上記の構成によれば、多くの気孔が形成された多孔体の面積が広いため、触媒やフィルタなどに好適に利用できる。
【００１９】
（４）上記多孔体の一形態として、前記多孔体の高さが、２０ｍｍ以下であることが挙げられる。
【００２０】
上記の構成によれば、高さが低いと、多孔体の製造時にナノ粉末が自重で圧縮され難く、低密度の多孔体を得易い。また、高さが低くても多くの気孔が形成された多孔体であることで、触媒やフィルタなどに好適に利用できる。
【００２１】
（５）上記多孔体の一形態として、ナノ粉末は、フェライト、γ−Ｆｅ２Ｏ３、ε−Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＴｉＯ２、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｐｄ−Ｒｕ、及びカーボンから選択される１種以上の材質のナノ粒子を含むことが挙げられる。
【００２２】
上記の構成によれば、ナノ粉末の材質を上記の材質から適宜選択することで、種々の用途に利用できる。各材質における用途は後述するが、例えば、触媒、電磁波吸収体、フィルタ、及び電極などの用途に利用できる。また、ガスによる改質の必要なナノ粒子の保持形態（成形体や焼結体の前駆体）としても利用できる。
【００２３】
（６）上記多孔体の一形態として、結合樹脂の材質は、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、及びポリフェニレンスルフィド樹脂から選択される少なくとも１種の熱可塑性樹脂、又は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及び熱硬化性ポリイミド樹脂から選択される少なくとも１種の熱硬化性樹脂であることが挙げられる。
【００２４】
上記の構成によれば、少ない含有量の結合樹脂でナノ粒子同士を結合して結合強度に優れる多孔体とすることができる。また、これらの材質は、製造過程において、ナノ粒子同士の間を橋渡ししてナノ粒子同士を結合し易い。
【００２５】
（７）上記多孔体の一形態として、触媒、電磁波吸収体、フィルタ、電極、成形体の前駆体、及び焼結体の前駆体から選択される１種以上に用いられることが挙げられる。
【００２６】
上記の構成によれば、気孔が多く形成されていながらも結合強度に優れる多孔体であるため、上記の用途に好適である。
【００２７】
（８）本発明の一態様に係る多孔体の製造方法は、原料準備工程と、粉末充填工程と、溶液浸透工程と、溶媒除去工程とを備える。原料準備工程は、ナノ粒子を複数有するナノ粉末と、樹脂を含む溶液とを準備する。粉末充填工程は、ナノ粉末を成形容器に充填する。溶液浸透工程は、成形容器内に溶液を充填して、ナノ粉末に溶液を浸透させる。溶媒除去工程は、溶液中の溶媒を除去することで、ナノ粒子同士の間を橋渡しする樹脂を析出させてナノ粒子同士を結合させ、ナノ粉末の含有量が２５体積％以下の多孔体を作製する。
【００２８】
上記の構成によれば、ナノ粒子を骨格の主体とし、ナノ粉末の含有量が２５体積％以下のような低密度で多くの気孔を有しながらも結合強度に優れる多孔体を容易に製造できる。ナノ粉末、樹脂を含む溶液の順に成形容器に充填して溶液の溶媒を除去することで多孔体を製造できるからである。このように製造過程が容易であるため、生産性よく多孔体を製造できる。また、多孔体の最終形状を成形容器の形状で選択できるため、所謂ネットシェイプの多孔体を得ることが可能である。
【００２９】
（９）上記多孔体の製造方法の一形態として、原料準備工程がナノ粉末準備工程を備えることが挙げられる。ナノ粉末準備工程はナノ粒子を複数有するナノ粉末が樹脂により結合されてなる結合体の樹脂を溶解させて、結合体からナノ粉末を抽出することでナノ粉末を準備する。
【００３０】
上記の構成によれば、ナノ粉末を準備する際、取り扱いが困難なナノ粉末を樹脂で結合した結合体として取り扱うため、ナノ粉末の取り扱いが容易であり、ナノ粉末の準備を容易に行える。また、例えば、結合体が使用済みの上記多孔体や、製造段階で不良品（損傷品）と判断された多孔体であれば、多孔体からナノ粉末を抽出するとナノ粉末を再利用できる。
【００３１】
《本発明の実施形態の詳細》
本発明の実施形態の詳細を説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３２】
〔実施形態１〕
［多孔体］
実施形態１に係る多孔体の主たる特徴とするところは、ナノ粒子を複数有するナノ粉末と、ナノ粒子の間を橋渡ししてナノ粒子同士を結合する結合樹脂とを備え、ナノ粉末の含有量が特定の量である点にある。詳しくは後述するが、この多孔体は、ナノ粒子を骨格の主体とし、低密度で多くの気孔が形成されていながら結合強度に優れる。
【００３３】
（全体構成）
多孔体の構造形態は、ナノ粒子同士が結合樹脂で鎖状に結合された三次元の網目状である。多孔体は、多数の気孔が形成されていて、表裏に貫通する貫通孔が形成されている。多孔体の用途は、例えば、触媒、電磁波吸収体、フィルタ、及び電極が挙げられる。多孔体は、これらの機能を複数有することもできる。その他、多孔体を成形体や焼結体の前駆体（以下、単に前駆体）、磁石の素材に用いることもできる。前駆体は、例えば一酸化炭素や水素、メタン、アンモニアなどのガスによって改質され、改質された成形体や焼結体は、構造材や磁石、軟磁性材などに利用される。
【００３４】
（ナノ粉末）
ナノ粉末は、多孔体の骨格の主体となる。ナノ粉末の多孔体全体に対する含有量は、０体積％超２５体積％以下が挙げられる。ナノ粉末の含有量が２５体積％以下であることで、気孔が多く形成された多孔体とすることができる。ナノ粉末の上記含有量は、［｛（ナノ粒子の質量）／（ナノ粒子の真密度）｝／多孔体の体積］×１００で求められる。ナノ粒子の質量は、多孔体の結合樹脂を溶液で溶解し、多孔体のナノ粉末を抽出して測定する。ナノ粒子の真密度は、ナノ粒子の材質に基づき公知の値を利用すればよい。ナノ粒子の材質の分析は、Ｘ線回折などで行える。多孔体の体積は、気孔を含む多孔体の見かけ体積である。
【００３５】
ナノ粉末の上記含有量は、多孔体の用途に応じて適宜選択するが、凡そ５体積％以上が好ましい。ナノ粉末の上記含有量は、例えば、多孔体を触媒に利用する場合、５体積％以上２０体積％以下が好ましい。多孔体を電磁波吸収体、又はフィルタに利用する場合、１５体積％以上２０体積％以下が好ましい。多孔体を電極に利用する場合、１０体積％以上２０体積％以下が好ましい。多孔体を前駆体に利用する場合、１５体積％以上２５体積％以下が好ましい。
【００３６】
ナノ粒子の材質は、セラミックス、金属、非金属など種々の材質が挙げられる。金属酸化物などのセラミックスは、フェライト、γ−Ｆｅ２Ｏ３、ε−Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＴｉＯ２などが挙げられる。フェライトは、ストロンチウム（Ｓｒ）フェライトなどのハードフェライト、マグネシウム（Ｍｇ）フェライトなどのソフトフェライトが挙げられる。金属は、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｃｏなどの単一金属や、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｐｄ−Ｒｕなどの合金などが挙げられる。非金属は、カーボンなどが挙げられる。
【００３７】
ナノ粒子の材質は、上記の材質から多孔体の用途に応じて適宜選択する。例えば、多孔体を触媒に利用する場合、ナノ粒子の材質はγ−Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、ＴｉＯ２、Ａｇ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ−Ｒｕ、Ａｕ、カーボン、Ｆｅ、及びＮｉが挙げられる。多孔体を電磁波吸収体に利用する場合、ナノ粒子の材質はＳｒフェライト、γ−Ｆｅ２Ｏ３、ε−Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｐｔ、カーボンが挙げられる。多孔体をフィルタに利用する場合、ナノ粒子の材質はＦｅ３Ｏ４、γ−Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ、カーボンが挙げられる。多孔体を電極に利用する場合、ナノ粒子の材質はＡｇ、Ｐｔ、Ａｕ、カーボンが挙げられる。多孔体を前駆体に利用する場合、ナノ粒子の材質はＦｅ、Ｆｅ３Ｏ４や各種フェライトなどの金属酸化物が挙げられる。多孔体を磁石原料に利用する場合、ナノ粒子の材質はＳｒフェライト、Ｃｏ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｐｔ、ε−Ｆｅ２Ｏ３、γ−Ｆｅ２Ｏ３が挙げられる。
【００３８】
ナノ粉末は、上記の材質の中から選択される１種以上の材質のナノ粒子を含む。即ち、ナノ粉末は、単一種のナノ粒子で構成されていてもよいし、複数種のナノ粒子の混合粉末で構成されていてもよい。ナノ粉末が複数種のナノ粒子を含めば、複数の機能を有する多孔体とすることができる。例えば、ナノ粉末がカーボンのナノ粒子とＦｅ３Ｏ４のナノ粒子とで構成される場合、多孔体は触媒とフィルタの両方の機能を兼ね備えることができる。ナノ粉末の材質は、Ｘ線回折などで確認できる。
【００３９】
ナノ粉末を構成するナノ粒子の形状は、代表的には球状であるが、その他、多角形体状、針状などの異形状が挙げられる。ナノ粉末の平均粒径は、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下が挙げられる。ナノ粉末の平均粒径が５００ｎｍ以下であれば、比表面積が大きい。そのため、この平均粒径のナノ粉末を備える多孔体を上述の用途に利用した際、触媒と反応させたりフィルタに通したりする他の物質とナノ粒子との接触面積を大きくできる。また、触媒活性など特有の物性を有する多孔体とすることができる。ナノ粉末の平均粒径が１０ｎｍ以上であれば、ナノ粉末の多孔体における含有量が多くなりすぎず、気孔が多く形成された多孔体とすることができる。ナノ粉末の平均粒径は、例えば、多孔体の表面のＳＥＭ観察像を取得し、この観察像を画像処理してナノ粒子を抽出し、抽出した各ナノ粒子の等価面積円の直径を粒径とし、２０個以上の粒径の平均をとることで測定できる。
【００４０】
ナノ粉末の平均粒径は、多孔体の用途に応じて適宜選択する。例えば、多孔体を触媒利用する場合、ナノ粉末の平均粒径は、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。多孔体を電磁波吸収体に利用する場合、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。多孔体をフィルタに利用する場合、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましい。多孔体を電極に利用する場合、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましい。多孔体を前駆体に利用する場合、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が挙げられる。多孔体を磁石の素材に利用する場合、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が挙げられる。
【００４１】
上述したナノ粉末の含有量、材質、形状、及び平均粒径は、後述する製造方法の原料準備工程で準備するナノ粉末のそれを実質的に維持する。
【００４２】
（結合樹脂）
結合樹脂は、ナノ粒子の間を橋渡ししてナノ粒子同士を結合する。結合樹脂は、極細い鎖状に形成されている。結合樹脂のナノ粉末に対する含有量は、０体積％超５体積％以下が挙げられる。結合樹脂のナノ粉末に対する含有量を５体積％以下とすることで、気孔が多く形成された多孔体とすることができる。結合樹脂のナノ粉末に対する含有量は、（結合樹脂の体積／ナノ粉末の体積）×１００で求められる。結合樹脂の体積は、（結合樹脂の質量／結合樹脂の真密度）で求められる。結合樹脂の質量は、多孔体の結合樹脂を溶媒で溶解した混合液からナノ粉末と溶媒とを除去して樹脂のみを抽出して求めてもよいし、この混合液から抽出したナノ粉末の質量を測定して（多孔体の質量−ナノ粒子の質量）で求めてもよい。結合樹脂の真密度は、結合樹脂の材質に基づき公知の値を利用すればよい。結合樹脂の材質の分析は、Ｘ線回折などで行える。一方、ナノ粉末の体積は、上述したように（ナノ粒子の質量）／（ナノ粒子の真密度）で求める。
【００４３】
結合樹脂のナノ粉末に対する含有量は、更に１体積％以上５体積%以下が好ましい。結合樹脂のナノ粉末に対する含有量は、特に３体積％以上が好ましい。結合樹脂のナノ粉末に対する含有量を３体積％以上とすることで、粒子同士を十分に結合できて多孔体の結合強度を高められる。結合樹脂のナノ粉末に対する含有量の制御は、後述する製造方法の原料準備工程で準備する溶液中の樹脂の含有量を調整することで行える。なお、結合樹脂の多孔体全体に対する含有量は、０体積％超１０体積％以下が挙げられ、１体積％以上が好ましく、特に３体積％以上７体積％以下が好ましい。結合樹脂の多孔体全体に対する含有量は、｛（結合樹脂の質量／結合樹脂の真密度）／多孔体の体積｝×１００で求められる。
【００４４】
結合樹脂の材質は、ナノ粒子同士を十分に結合できる樹脂であれば特に限定されない。結合樹脂の材質は、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、及びポリフェニレンスルフィド樹脂から選択される少なくとも１種の熱可塑性樹脂、又は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、及び熱硬化性ポリイミド樹脂から選択される少なくとも１種の熱硬化性樹脂などが挙げられる。結合樹脂の材質は、これらの熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の中から多孔体の用途に応じて１種、又は複数種を組み合させて適宜選択する。この結合樹脂の材質は、後述する製造方法の原料準備工程で準備した樹脂の材質を実質的に維持する。
【００４５】
（気孔）
気孔の多孔体全体に対する割合は、７０体積％以上である。気孔の上記割合が７０体積％以上であることで、多孔体を上述の用途に好適に利用できる。気孔の上記割合（体積％）は、｛１００−（ナノ粉末の体積（体積％）＋結合樹脂の体積（体積％））｝で求められる。ナノ粉末及び結合樹脂の体積の求め方は上述した通りである。気孔の上記割合は、用途に応じて適宜選択すればよいが、例えば、７０体積％以上９０体積％以下が好ましい。気孔の上記割合は、ナノ粉末の上記含有量や粒径、結合樹脂のナノ粉末に対する含有量で概ね決まり、これらを調整するとこで適宜選択できる。
【００４６】
（形状・サイズ）
多孔体の形状は、平板状が挙げられる。多孔体の輪郭形状は、矩形状、円形状など適宜選択できる。輪郭形状とは、多孔体を平面視したときの多孔体の輪郭で囲まれる形状をいう。多孔体の面積は、例えば、１０００ｍｍ２以上とすることができる。多孔体の面積とは、上記多孔体の輪郭で囲まれる面積を言う。詳しくは後述する製造方法で説明するが、面積が広くてもナノ粉末の含有量が上記範囲を満たす多孔体とすることができる。多孔体の面積は、１２５０ｍｍ２以上とすることができ、更に１９００ｍｍ２以上、特に２５００ｍｍ２以上とすることができる。多孔体の高さ（厚さ）は、例えば、２０ｍｍ以下とすることができる。高さ（厚さ）が低い（薄い）と、多孔体の製造時にナノ粉末が自重で圧縮され難く、低密度の多孔体を得易い。多孔体の高さは、多孔体を平面視したときの視野方向に沿った長さを言う。多孔体の高さは、更に１５ｍｍ以下、特に１０ｍｍとすることができる。多孔体の高さは、凡そ１ｍｍ以上程度とすることができる。
【００４７】
［多孔体の作用効果］
実施形態１の多孔体によれば、ナノ粒子の間を橋渡ししてナノ粒子同士を結合する結合樹脂を備えることで、骨格の主体がナノ粉末で構成さていて、ナノ粉末の含有量が２５体積％以下のような低密度で多くの気孔が形成されていながらも結合強度に優れる。そのため、多孔体を触媒、電磁波吸収体、フィルタ、電極、及び上記前駆体などに好適に利用できる。
【００４８】
［多孔体の製造方法］
上述の実施形態１に係る多孔体は、例えば、以下に示す多孔体の製造方法により製造できる。多孔体の製造方法は、原料準備工程と、粉末充填工程と、溶液浸透工程と、溶媒除去工程とを備える。以下、各工程の詳細を説明する。
【００４９】
（原料準備工程）
原料準備工程は、ナノ粒子を複数有するナノ粉末と、樹脂を含む溶液とをそれぞれ準備する。ナノ粉末の準備は、上述した材質、形状及び平均粒径のナノ粉末を、購入するなどして行ってもよいし、公知の製造方法によって製造することで行ってもよい。一方、溶液の準備は、上述した結合樹脂と同種の樹脂の溶液に対する含有量が所定の量の溶液を購入するなどして行ってもよいし、樹脂と溶媒とをそれぞれ用意し、樹脂の溶液に対する含有量が所定の量となるように樹脂と溶媒とを混合して作製することで行ってもよい。樹脂の溶液に対する含有量は、溶液浸透工程でナノ粉末に浸透させ易く、溶媒除去工程で溶媒を除去した際、ナノ粒子同士の間を橋渡ししてナノ粒子同士を十分に結合できる程度の量とする。樹脂の溶液中の含有量は、例えば、０体積％超５体積％以下とすることが挙げられ、特に、３体積％以上とすることが挙げられる。溶媒の材質は、樹脂の材質に応じて樹脂を溶解できる液体を適宜選択する。溶媒の材質は、例えば、エタノールなどの有機溶媒が挙げられる。
【００５０】
（粉末充填工程）
粉末充填工程は、ナノ粉末を成形容器に充填する。ナノ粉末の成形容器への充填は、ナノ粉末は飛散し易く凝集し易いため、充填に伴って飛散せず凝集もしないように静かに行う。そうすれば、後工程の溶媒除去工程を経て多孔体を作製した際、低密度で多くの気孔が形成されている多孔体を作製し易い。ナノ粉末の成形容器への充填高さは、後工程を経て得られる多孔体の高さに応じて適宜選択する。ナノ粉末の上記充填高さは、ナノ粒子の平均粒径や得られる多孔体におけるナノ粒子の含有量にもよるが、例えば、得られる多孔体の高さの１．５倍以上２．５倍以下程度の高さが挙げられ、特に多孔体の高さの２倍程度の高さが好ましい。後述する溶液浸透工程後のナノ粉末の充填高さは、溶液が浸透することで溶液浸透工程前に比べて低くなるためである。
【００５１】
成形容器は、ナノ粉末及び溶液を充填する開口部を有し、所望の形状が得られる有底筒状の容器を用いることが挙げられる。成形容器の内周形状は、多孔体の所望の輪郭形状に応じた形状とする。
【００５２】
（溶液浸透工程）
溶液浸透工程は、成形容器内に溶液を充填して、成形容器内のナノ粉末に溶液を浸透させる。溶液の成形容器への充填は、成形容器内のナノ粉末が飛散しない程度に静かに行う。溶液の充填高さは、成形容器内のナノ粉末の表面と成形容器に充填した溶液の液面とが実質的に揃うような高さとすることが好ましい。ナノ粉末の表面と溶液の液面とが実質的に揃うとは、溶液をナノ粉末に浸透させてナノ粉末の充填高さが溶液浸透工程前の充填高さよりも低くなったとき（安定時）のナノ粉末の表面と液面とが実質的に揃うことを言う。即ち、この安定時、ナノ粉末の上に溶液の上澄みができない程度を言う。そうすれば、後工程の溶媒除去工程を経て多孔体を作製した際、多孔体の表面に樹脂の膜が形成されることなく、ナノ粒子同士の間に橋渡しされてナノ粒子同士を結合する樹脂を形成させ易い。そのため、低密度で多くの気孔を有しながら十分な結合強度を有する多孔体を作製できる。
【００５３】
溶液浸透工程は、ナノ粉末に超音波振動を付与して行うことが好ましい。そうすれば、ナノ粒子間に溶液を浸透させ易いため、成形容器内のナノ粉末の高さ方向全長に亘って溶液を浸透させられる。超音波振動の振幅は１μｍ以上３０μｍ以下が望ましい。また、加振時間は、５分以上２０分以下が望ましい。超音波振動の振幅を１μｍ以上としたり加振時間を５分以上としたりすることで、ナノ粒子間に溶液を浸透させ易い。超音波振動の振幅を３０μｍ以下としたり、加振時間を２０分以下としたりすることで、ナノ粒子間の間隔が詰まることなく溶液を浸透させられ、低密度で多くの気孔が形成された多孔体を得やすい。この超音波振動の振幅は５μｍ以上２０μｍ以下が特に望ましく、加振時間は１０分以上１５分以下が望ましく、特に１５分程度が望ましい。
【００５４】
（溶媒除去工程）
溶媒除去工程は、溶液中の溶媒を除去する。そうして、ナノ粒子同士の間を橋渡しする樹脂を析出させてナノ粒子同士を結合させ、ナノ粉末の含有量が０体積％超２５体積％以下の多孔体を作製する。
【００５５】
前工程の粉末充填工程でナノ粉末を成形容器に静かに充填し、溶液浸透工程で溶液を静かに充填することで、ナノ粉末同士の間隔をある程度保った状態とすることができる。ナノ粉末は、比表面積が大きく表面摩擦力が大きい上に、ナノ粒子の体積及び質量が小さくて各ナノ粒子に作用する慣性が小さいためである。その状態で溶媒除去工程を行うため、溶液中の溶媒を除去（溶媒を乾燥）させる際に生じる気泡によって、ナノ粒子間に溶質（樹脂）が極細く残存して（析出して）、ナノ粒子同士を結合する結合樹脂を形成できる。従って、ナノ粉末の含有量が２５体積％以下といった低密度の多孔体を作製できる。
【００５６】
溶媒の除去は、溶液を加熱して乾燥させることで容易かつ迅速に行える。加熱温度は、溶媒の種類に応じて適宜選択すればよく、溶媒の種類にもよるが、例えば、２００℃以下程度が挙げられ、更に１５０℃以下が挙げられる。溶媒が沸騰すると多孔質体が崩れるため、溶媒の沸点以下での加熱が必要である。加熱温度を２００℃以下とすると、ナノ粉末の熱変質などを防止できる。加熱温度は、溶媒の種類にもよるが１００℃以上とすることもできる。
【００５７】
［多孔体の製造方法の作用効果］
実施形態１の多孔体の製造方法によれば、ナノ粒子を骨格の主体とし、ナノ粉末の含有量が２５体積％以下のような低密度で多くの気孔を有しながらも結合強度に優れる多孔体を容易に製造できる。ナノ粉末、樹脂を含む溶液の順に成形容器に充填して溶液の溶媒を除去することで多孔体を製造できるからである。このように製造過程が容易であるため、生産性よく多孔体を製造できる。また、多孔体の最終形状を成形容器の形状で調整できるため、所謂ネットシェイプの多孔体を得ることが可能である。
【００５８】
〔実施形態２〕
実施形態２として、実施形態１の多孔体を製造する製造方法における原料準備工程がナノ粉末準備工程を備える形態を説明する。ナノ粉末準備工程は、ナノ粒子を複数有するナノ粉末が樹脂により結合されてなる結合体の樹脂を溶解させて、結合体からナノ粉末を抽出することでナノ粉末を準備する。
【００５９】
結合体は、上述した材質、形状、及び平均粒径のナノ粉末と、溶解可能な樹脂とを含んでいれば特に限定されない。結合体としては、実施形態１の多孔体や実施形態１の製造方法で製造された多孔体と同様のものでもよいし、これらの多孔体とは形態の異なるものでもよい。上述の多孔体と同様の結合体とは、例えば、使用済み多孔体、製造段階で不良品（損傷品）と判断された多孔体などが挙げられる。これらの多孔体の結合樹脂は有機溶剤などで溶解できるので、多孔体からナノ粉末を抽出でき、ナノ粉末を再利用できる。実施形態１の多孔体とは異なる形態とは、例えば、実施形態１のナノ粉末を樹脂で包埋した包埋物などが挙げられる。
【００６０】
［多孔体の製造方法の作用効果］
実施形態２の製造方法によれば、ナノ粉末を準備する際、取り扱いが困難なナノ粉末を樹脂で結合した結合体として取り扱うため、ナノ粉末の取り扱いが容易であり、ナノ粉末の準備を容易に行える。また、結合体が使用済みの多孔体や、製造段階で不良品（損傷品）と判断された多孔体であれば、多孔体からナノ粉末を抽出するとナノ粉末を再利用できる。
【００６１】
〔試験例１〕
ナノ粉末と結合樹脂とを備える多孔体の試料Ｎｏ．１−１〜１−５を作製し、各試料の強度を評価した。
【００６２】
［試料Ｎｏ．１−１〜１−５］
試料Ｎｏ．１−１〜１−５は、原料準備工程→粉末充填工程→溶液浸透工程→溶媒除去工程の手順で作製した。
【００６３】
原料として、ナノ粒子を複数有するナノ粉末と、樹脂（溶質）と溶媒とを混合した混合液（溶液）とを準備した。各試料のナノ粉末には、表１に示すように、平均粒径が１００ｎｍのＳｒフェライトのナノ粒子からなる粉末を用いた。混合液は、樹脂の混合液に対する含有量（体積％）が表１に示す値となるように表１に示す樹脂と溶媒とを混合した。試料Ｎｏ．１−１の樹脂には熱硬化性のアクリルを用い、試料Ｎｏ．１−２と試料Ｎｏ．１−３の樹脂には互いに粘度が異なるＰＶＡを用い、試料Ｎｏ．１−４と試料Ｎｏ．１−５の樹脂にはＰＶＢを用いた。試料Ｎｏ．１−２の方がより低粘度のＰＶＡ、試料Ｎｏ．１−３の方がより高粘度のＰＶＡを用いた。試料Ｎｏ．１−１〜１−４の溶媒には、エタノールを用い、試料Ｎｏ．１−５の溶媒には、エタノールとミリスチン酸とを混合した液を用いた。ミリスチン酸のエタノールに対する含有量は、５体積％とした。
【００６４】
次に、成形容器にナノ粉末を充填する。成形容器には、φ５０ｍｍの有底円筒状の容器を用いた。この成形容器に、ナノ粉末の充填高さが２０ｍｍとなるように充填した。ナノ粉末の成形容器への充填は、飛散せず凝集もしないように静かに行った。
【００６５】
次に、成形容器内に混合液を充填して、ナノ粉末に混合液を浸透させる。混合液の成形容器への充填は、成形容器内のナノ粉末に超音波振動を付与しながらナノ粉末が飛散しない程度に静かに行った。超音波振動の振幅は５μｍ、加振時間は１５分とした。混合液の充填高さは、成形容器内のナノ粉末の表面と成形容器に充填した溶液の液面とが実質的に揃うような高さとした。
【００６６】
次に、容器内の混合液中の溶媒を除去する。溶媒の除去は、試料Ｎｏ．１−１〜１−５の混合液に対し、全て７０℃に加熱して行った。
【００６７】
得られた各試料のサイズは、いずれもφ５０ｍｍ×高さ１０ｍｍであった。これらの各試料から１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍの立方体の測定片を切り出して、ナノ粉末の測定片に対する含有量及び樹脂のナノ粉末に対する含有量を測定した。これらの測定結果は、各試料におけるナノ粉末の含有量（体積％）及び結合樹脂の含有量（体積％）として表１に示している。
【００６８】
ナノ粉末の測定片に対する含有量は、［｛（ナノ粒子の質量）／（ナノ粒子の真密度）｝／測定片の体積］×１００で求めた。ナノ粒子の質量は、試料の樹脂を溶液で溶解しナノ粉末を抽出して測定した。ナノ粒子の真密度は、５．１１ｇ／ｃｍ３とした。測定片の体積は、サイズと質量から求めた。一方、樹脂のナノ粉末に対する含有量は、（結合樹脂の体積／ナノ粉末の体積）×１００で求めた。結合樹脂の体積は、（結合樹脂の質量／結合樹脂の真密度）で求め、樹脂の質量は（試料の質量−ナノ粒子の質量）で求めた。樹脂の真密度は、ＰＶＡを１．１９ｇ／ｃｍ３、アクリルを１．１８ｇ／ｃｍ３、ＰＶＢを１．１０ｇ／ｃｍ３とした。ナノ粉末の体積は、上記の（ナノ粒子の質量）／（ナノ粒子の真密度）で求めた。
【００６９】
［評価］
各試料の結合強度を評価した。その結果を表１に示す。結合強度は、上記測定片の切り出しに耐えられたか、測定片の低圧マイクロメーターによる寸法測定の際の加圧に耐えられたかで測定した。表１の「ｖｅｒｙ  ｇｏｏｄ」は、切り出し及び寸法測定の両方で測定片が崩れなかったことを示す。同「ｇｏｏｄ」は、切り出しでは測定片が崩れなかったが、寸法測定で僅かに測定片にへこみが見られたり測定片が崩れたりしたことを示す。同「ｂａｄ」は、切り出しで測定片が崩壊し寸法測定が不可であったことを示す。
【００７０】
【表１】
2016216280.tif 000003
【００７１】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１−１は、ナノ粉末の試料全体に対する含有量が１９体積％であり、樹脂のナノ粉末に対する含有量が０．９５体積％であった。そして、試料Ｎｏ．１−１は、結合強度に優れていた。この試料Ｎｏ．１−１の表面を電界放出型走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で撮像して観察した。図１上図は、撮像した顕微鏡写真（３００００倍）であり、図１下図は、図１上図の一部（破線円内）を拡大した概略図である。図１上図は、白色や灰色がナノ粒子１０であり、黒色が気孔３０である。図１下図に示すように、試料Ｎｏ．１−１のナノ粒子１０同士の間には、ナノ粒子１０同士を橋渡しするように結合樹脂２０が形成されていて、この結合樹脂２０がナノ粒子１０同士を結合していることが観察できた。また、ナノ粒子１０と結合樹脂２０とで囲まれる領域にも気孔３０が形成されていることが観察できた。表面のナノ粉末が少し崩れていたが、このようにナノ粒子１０同士の間を橋渡ししてナノ粒子１０同士を結合する樹脂が十分に形成されていたため、ナノ粉末の含有量が非常に少ない２５体積％以下で、低密度で多くの気孔を有しながらも結合強度が優れる結果となったと考えられる。なお、表面の少しの崩れは、アクリル樹脂の柔軟性が熱硬化により低減したからだと考えられる。
【００７２】
試料Ｎｏ．１−２は、ナノ粉末の試料全体に対する含有量が２１体積％であり、樹脂のナノ粉末に対する含有量が１．０５体積％であった。そして、試料Ｎｏ．１−２は、試料Ｎｏ．１−１に比較して、結合強度が非常に優れていた。試料Ｎｏ．１−２の表面を、試料Ｎｏ．１−１と同様にして観察した。試料Ｎｏ．１−２は、試料Ｎｏ．１−１と同様、ナノ粒子同士の間には、ナノ粒子同士を橋渡しするように結合樹脂が形成されていて、この結合樹脂がナノ粒子同士を結合していることが観察できた。また、ナノ粒子と結合樹脂とで囲まれる領域にも気孔が形成されていることが観察できた。特に、試料Ｎｏ．１−２は、試料Ｎｏ．１−１に比較して、ナノ粒子間に均質に結合樹脂が形成されていることが観察できた。そのため、試料Ｎｏ．１−２は、試料Ｎｏ．１−１に比較して、結合強度が非常に優れる結果となったと考えられる。この試料Ｎｏ．１−２は、試料Ｎｏ．１−３などと比較しても、ナノ粒子間に均質に結合樹脂が形成されていることが観察できた。このような結果となったのは、試料Ｎｏ．１−２の樹脂は、試料Ｎｏ．１−３と同種であるが、試料Ｎｏ．１−３に比較して低粘度だからと考えられる。したがって、試料Ｎｏ．１−２は、試料Ｎｏ．１−３に比較しても、結合強度が非常に優れる結果となった。
【００７３】
試料Ｎｏ．１−３、１−４はそれぞれ、ナノ粉末の試料全体に対する含有量が１８体積％、１９体積％であり、樹脂のナノ粉末に対する含有量が０．９０体積％、０．９５体積％であった。そして、これら試料Ｎｏ．１−３、１−４は両方とも、結合強度に優れていた。試料Ｎｏ．１−３、１−４の表面を、試料Ｎｏ．１−１と同様にして観察した。試料Ｎｏ．１−３、１−４は、試料Ｎｏ．１−１と同様、ナノ粒子同士の間には、ナノ粒子同士を橋渡しするように結合樹脂が形成されていて、この結合樹脂がナノ粒子同士を結合していることが観察できた。また、ナノ粒子と結合樹脂とで囲まれる領域にも気孔が形成されていることが観察できた。なお、試料Ｎｏ．１−３、１−４は、試料Ｎｏ．１−２に比較して、表面に薄っすらと膜が形成されていた。そのため、これら試料Ｎｏ．１−３、１−４は、試料Ｎｏ．１−１と同程度の結合強度を有していたが、試料Ｎｏ．１−２と比較すると、結合強度が少し劣る結果となったと考えられる。なお、薄い膜が形成された理由は、溶液が成形容器の上方（多孔質体上部）から乾燥し始めたことや、樹脂が溶解状態よりも析出状態の方が安定していることなどにあると考えられる。
【００７４】
試料Ｎｏ．１−５は、結合強度が不十分であり、寸法測定に耐えられずナノ粉末の含有量及び樹脂の含有量を測定できなかった。試料Ｎｏ．１−１と同様、試料Ｎｏ．１−５の表面を観察したところ、樹脂の膜が形成されていた。これは、ＰＶＢ樹脂がミリスチン酸を含むエタノールに完全に溶解せず、溶媒を除去した際にＰＶＢ樹脂が試料の表面に析出したからだと考えられる。その結果、ナノ粒子同士の間を橋渡ししてナノ粒子同士を結合する樹脂が十分に形成されず、結合強度が不十分となったと考えられる。
【００７５】
〔試験例２〕
試験例２は、試験例１と異なる原料を準備した点を除き、その他の点は試験例１と同様にして多孔体の試料Ｎｏ．２−１〜２−３を作製し、各試料の強度を評価した。各試料の原料と、得られた各試料におけるナノ粉末の含有量（体積％）、結合樹脂の含有量（体積％）、及び強度の評価結果とを表２に示す。ナノ粉末の含有量（体積％）、結合樹脂の含有量（体積％）、及び強度の評価結果は、試験例１と同様にして求めた。
【００７６】
［試料Ｎｏ．２−１］
ナノ粉末には、平均粒径が２５ｎｍのγ−Ｆｅ２Ｏ３（真密度：４．８７ｇ／ｃｍ３）のナノ粒子からなる粉末を用いた。混合液には、樹脂の混合液に対する含有量（体積％）が５体積％となるように試料Ｎｏ．１−２と同様の低粘度のＰＶＡ樹脂とエタノールとを混合した溶液を用いた。
【００７７】
［試料Ｎｏ．２−２］
ナノ粉末には、平均粒径が２５ｎｍのナノカーボン（真密度：２．３ｇ／ｃｍ３）のナノ粒子からなる粉末を用い、混合液には、試料Ｎｏ．２‐１と同様の溶液を用いた。
【００７８】
［試料Ｎｏ．２−３］
ナノ粉末には、平均粒径が２５ｎｍのγ−Ｆｅ２Ｏ３のナノ粒子と、平均粒径が２５ｎｍのナノカーボンのナノ粒子とを混合した混合粉末を用いた。混合粉末におけるγ−Ｆｅ２Ｏ３とナノカーボンとの比率は、「γ−Ｆｅ２Ｏ３：ナノカーボン＝９６体積％：４体積％」とした。混合液には、試料Ｎｏ．２‐１と同様の溶液を用いた。ここでは、ナノ粉末の含有量（体積％）を求める際、ナノ粒子の真密度は４．７７（「γ−Ｆｅ２Ｏ３の真密度：４．８７ｇ／ｃｍ３」×「γ−Ｆｅ２Ｏ３の体積比：０．９６」＋「ナノカーボンの真密度：２．３ｇ／ｃｍ３」×「ナノカーボンの体積比：０．０４」）とした。
【００７９】
【表２】
2016216280.tif 000004
【００８０】
表２に示すように、試料Ｎｏ．２−１は、ナノ粉末の試料全体に対する含有量が１７体積％であり、樹脂のナノ粉末に対する含有量が０．８７体積％であった。試料Ｎｏ．２−２は、ナノ粉末の試料全体に対する含有量が２４体積％であり、樹脂のナノ粉末に対する含有量が１．１９体積％であった。試料Ｎｏ．２−３は、ナノ粉末の試料全体に対する含有量が２２体積％であり、樹脂のナノ粉末に対する含有量が１．１２体積％であった。これら試料Ｎｏ．２−１〜２−３は、いずれも結合強度が非常に優れていた。
【００８１】
試料Ｎｏ．２−１〜２−３の表面を試料Ｎｏ．１‐１と同様にして観察した。試料Ｎｏ．２−１〜２−３はいずれも、ナノ粒子同士の間には、ナノ粒子同士を橋渡しするように均質に結合樹脂が形成されていて、この結合樹脂がナノ粒子同士を結合していることが観察できた。また、ナノ粒子と結合樹脂とで囲まれる領域にも気孔が形成されていることが観察できた。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の多孔体は、触媒、電磁波吸収体、フィルタ、電極、成形体の前駆体、焼結体の前駆体やその素材に好適に利用できる。本発明の多孔体の製造方法は、上記多孔体の製造に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１０  ナノ粒子
２０  結合樹脂
３０  気孔
【図１】
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