| Project/Area Number |
22KJ2706
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| Project/Area Number (Other) |
22J14123 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
山室 悠香 慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | レーザ加工 / マイクロ・ナノ加工 / ジルコニア / 微細構造表面 / 表面機能 / フェムト秒パルスレーザ / ナノポア / 銀ナノ粒子 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、超短パルスレーザを用いてジルコニアの表面微細加工を行い、マイクロ・ナノスケール構造体形成による高機能表面の創製を目的とする。表面パターニングは表面高機能化手法として注目されるが、微細加工時に発生する相変態やクラックによるダメージ層は、材料強度や加工精度へ影響を与えることが課題となる。そこで本研究では、レーザ照射時の相変態メカニズムをもとに低材料負荷の高精度微細加工法による機能性の向上を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超短パルスレーザ照射によるジルコニア表面加工を行い、加工面の相変態や表面欠陥の発生を抑制した微細構造形成による表面高機能化を目的とした。表面微細構造加工は、濡れ性など様々な機能を変化させ、高付加価値表面の創製を可能にする手法の一つである。ジルコニアは硬脆材料であるため、非接触加工で局所的な材料除去が可能な超短パルスレーザによる微細加工法が有効であり、機能性表面の作製にはレーザ光と材料の相互作用を考慮した加工現象の解明が必要となる。最終年度である令和5年は、（１）材料特性を考慮した微細加工現象の解明と（２）表面パターニングによる機能性表面の創製に取り組んだ。
（１）超短パルスレーザに対するジルコニアの微細加工特性解明を目的とし、前年度に確立したマイクロ・ナノ構造の加工法に着目し、レーザ照射条件のほか材料特性の影響に視点を向けた詳細な加工現象の調査を行った。材料内部におけるレーザビーム挙動の違いから、結晶構造や結晶粒子形状がナノ構造体の形成へ与える影響を明らかにした。
（２）これらの実験結果をもとにジルコニア表面に微細構造をパターニングし、機能性評価を実施した。濡れ性評価のほか、微細構造の応用として表面構造内部への局所的な金属ナノ粒子担持手法の開発に取り組んだ。極めて限定的なエネルギー範囲で照射を行うことで試料の表面形状を維持したまま余分な付着物を除去し、高アスペクト比のナノ構造内への銀の埋入を可能とした。適切な照射条件を選定することで銀の埋入率を制御可能であり、処理後の表面では抗菌性の向上が確認された。
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