Elucidation of deposition mechanism of colloidal crystal thin film with Alder phase transition and continuous deposition process
| Project/Area Number |
20H02510
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
不動寺 浩 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主席研究員 (20354160)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
久保 祥一 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (20514863)
打越 哲郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, NIMS特別研究員 (90354216)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | コロイド結晶 / 移流集積 / 相転移 / 懸濁液 / 構造色 / 塗工 / ロールツゥロール / ブラッグ回析 / アルダー相転移 / Landau-Levichレジメ / ブラッグ回折 / マイクログラビア塗工 / R-to-R連続成膜 / FDTD計算 / R-to-R塗工 / Dipコーティング / 塗布乾燥 / 単分散粒子 / 濡れ性 / 自己集積 / 濃縮結晶化 / 連続成膜 |
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| Outline of Research at the Start |
高品質コロイド結晶は構造色材料としての応用が期待されている。コロイド懸濁液からコロイド結晶が形成する濃縮結晶化はコロイド結晶成膜の高品質化が可能である。申請者はシリコンオイル被覆下で結晶化を伴う成膜プロセスを開発してきた。さらに、申請者らはエタノール系の懸濁液を用いることで高速成膜が可能であることを見いだした。しかし、濃縮結晶化の成膜メカニズムには未解明の部分が多い。本研究では顕微分光及び数値計算によるモデル化を通して、濃縮結晶化のメカニズムを解明するとともにこの学術的知見をベースとした工業的にスケールアップ可能な高品質のコロイド結晶薄膜の連続成膜プロセスの検証を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は高品質コロイド結晶の成膜プロセスにおける濃縮結晶化のメカニズム解明、エタノール懸濁液系による高速塗工プロセス及びスケールアップ可能なR-to-R連続成膜プロセスの検証がテーマである。
①濃縮結晶化メカニズムの解明：高品質コロイド結晶が成膜できる超低速（<1um/s）による移流集積法とオイル被覆法における違いを引き続き調査した。引上げ速度（ｖ）と膜厚（ｔ）は移流集積法ではｔ∝ｖ-1乗でNagayamaモデルに適合した。一方、オイル被覆法ではｔ∝ｖ-1.5乗であった。両者の違いを説明できるモデル構築が課題である。
②成膜速度の高速化の可能性：エタノール系シリカ懸濁液による水平成膜による高速塗工（>10㎜/s）により、掃引速度（ｖ）と積層数（膜厚）ｔ∝ｖ2/3乗（Landau-Levichモデル）であった。移流集積法と比較すると、成膜速度が4桁の高速成膜である。しかし、移流集積で成膜したコロイド結晶と比較し結晶性が低下した。両者のブラッグ回折ピークを比較すると反射ピーク強度及びピーク波長位置に違いがあった。そこでFDTD計算による反射スペクトル（理論値）と比較し、同一積層数にて反射ピーク強度及びピークの半値幅を比較する結晶性評価法を開発した。
③連続成膜の検証：マイクログラビア塗工法によるR-to-R連続成膜について②のエタノール系シリカ懸濁液をR-to-R成膜装置に適用し、コロイド結晶薄膜に与える各種因子の影響を調べた。塗工に於いてマイクログラビアロールの回転速度（Vr）とPETシートの巻取速度（Vs）及び両者の速度比（Vr/Vs）と積層数の関係から、Vr/Vsで1.5から2.0付近で積層数が最大になることが分かった。配列したコロイド結晶薄膜はナノスケールのフッ素コート層で固定できた。一方、コロイド結晶配向面がFCC(100)面が形成する原因については特定しきれなかった。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(27 results)
