| Project/Area Number |
22K04199
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
加来 昌典 宮崎大学, 工学部, 准教授 (10425621)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 有機材料 / 表面改質 / ポリエチレンテレフタレート（PET） / 低温同時焼成セラミックス（LTCC） / 液晶ポリマー（LCP） / 深紫外光 / LED光源 / ポリエチレンテレフタレート(PET) / 深紫外LED |
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| Outline of Research at the Start |
近年の有機エレクトロニクスの進展は目覚ましく，今後も新たな有機電子デバイスの実用化，事業化，産業化を進めるためには，有機エレクトロニクスに最適化された材料技術と生産技術の確立が必須となる．そこで本研究では，「深紫外LEDで実現可能な有機材料の光物質プロセスを探究し，それを産業分野で応用可能な制御された生産技術として確立すること」を目的とする．
LED光源を用いた非接触，低温のドライプロセスが実現すれば，有機電子デバイス製造における高信頼性技術として期待できる．またLEDを用いることから省資源化，省エネルギー化，低環境負荷を推進するためにも重要な製造技術となり得ることが期待される．
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究実績としてポリエチレンテレフタラート（PET）に深紫外光を照射することでPET表面を親水化できることを明らかにし，親水化には照射光の波長依存性があることを確認した．本年度はPETが親水化される原因，およびメカニズムを明らかにする研究を実施した．また新たな資料として焼結前の低温同時焼成セラミックス（LTCC），液晶ポリマー（LCP）の表面改質を試みた．
まずPETについては，原子間力顕微鏡（AFM）とX線光電子分光法（XPS）を用いて表面分析を行い親水化のメカニズムを検討した．XPSによる分析を行うことで，深紫外光照射によるPET表面の原子結合状態の変化を調べた．その結果，深紫外光を照射することによってPET表面にカルボキシ基やヒドロキシ基などの親水基が生成されていることが明らかになった．これら親水基が生成される光化学反応を検討した結果，空気中の酸素による酸化反応，空気中の水分子との反応などの雰囲気ガスとの反応，および深紫外光照射によってPET内部で生じる光分解反応であるノリッシュII型反応であると予測される．今後，どの光化学反応が支配的に生じているかを明らかにする必要がある．一方，AFMによる分析の結果，深紫外光照射によってPETの表面粗さが数nm単位で変化し，その変化量も接触角と同様の波長依存性があることが確認された．しかしながらPET表面の親水化に起因するような変化ではないと結論付けた．
LTCCは製造会社が異なる4種類，および1種類のサンプルに対して，3波長の深紫外LEDを照射して接触角の変化を測定し親水性を評価した．全てのサンプルにおいて深紫外光を照射することによって照射面が親水化することが明らかになった．また親水化には照射光の波長依存性があり，試料毎に変化量が異なる結果が得られた．これらのサンプルについても，親水化のメカニズムを明らかにする予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は，昨年度の研究において明らかになった深紫外光照射によるPETの親水化の原因を解明するためにAFMやXPSなどの表面分析手法を利用することによって検討した．AFMを用いたPET表面の形状変化の測定からPET表面の物理的な形状変化が親水化の原因ではないことを明らかにした．一方でXPSを用いた表面の原子結合状態の分析からPET表面に深紫外光照射による光化学反応によってカルボキシ基やヒドロキシ基などの親水基が生成されていることを確認し，それが親水化の原因であることを明らかにした．また生じる光化学反応が，雰囲気ガスに依存する反応である「酸化反応」や「水分子との反応」，およびPET内で生じる光分解反応である「ノリッシュII型反応」であることを示唆した．
また今年度新らたに製造会社が異なる4種類のLTCCとLCPについても研究を開始し，各サンプルに3波長の深紫外LEDを照射し，接触角の変化を確認した．またその照射波長依存性や積算照射量依存性がサンプルごとに異なることが判明した．
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| Strategy for Future Research Activity |
PETについては，深紫外光を照射することによって生じる可能性のある「酸化反応」や「水分子との反応」の雰囲気ガスに依存する反応，およびPET内で生じる光分解反応である「ノリッシュII型反応」の3つの光化学反応のうちどの反応が支配的に生じているのかを明らかにする．そのために照射装置を容器の中に配置して，深紫外光に対して不活性ガスの下で深紫外光照射を行い，大気中照射の場合と比較，検討することを予定している．
LTCCについては，4種類のサンプル全ておいて親水化されることが確認されており，AFMやXPSなどの表面分析を用いて親水化のメカニズムを明らかにする．また試料毎に接触角変化に照射光の波長依存性や積算照射量依存性があることが観測されているため，これらの原因についても探究する．またLCPも同様に深紫外光照射による親水化が確認されており，その原因を明らかにする．
PETを含めこれら有機材料の全てにおいて親水化が確認されていることから有機材料に対する汎用的な表面改質技術になり得るかの検証をする．また試料表面の親水化の応用技術として，特に基板材料の場合，印刷技術を用いて配線パターンを形成することも多いことから，マスクなどを用いてマスクパターンで親水化が可能であるかを検討する．電子デバイス製造で要求の高い光クリーニングなどの検証も行う予定である．
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