Formation of structural colors using plasma etching

Research Project

Project/Area Number	24K08039
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
Research Institution	Shinshu University
Principal Investigator	森脇洋信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (30321938)
Project Period (FY)	2024-04-01 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2026: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000) Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords	構造色 / プラズマエッチング / 赤外領域 / 薄膜干渉 / PFAS / 分解
Outline of Research at the Start	プラズマエッチングを利用した構造色の形成法を確立し、特殊で高価な機器を用いる必要のない簡易で誰にでもできる構造色による着色技術として、社会実装に近づける。この技術はカラーインクを用いないカラー化につながり、環境負荷の軽減に役立つと考えられる。
Outline of Annual Research Achievements	これまで鉛筆の芯にプラズマを照射することにより、構造色を形成させることができることを報告している。これは芯表面にシリカの薄膜が形成されることによる。プラズマ時間を長時間にすることにより、可視光から赤外領域に薄膜干渉が起こる領域を拡げられないか検討した。結果、プラズマ照射時間を長くすることにより、赤外領域での薄膜干渉が確認できた。このことを用いて、芯の上に赤外線を照射し、赤外線カメラで見ることによって初めて読むことのできる文字を形成することに成功した。この研究は論文として発表を行った。交互浸漬法によるカーボンシート上への酸化チタンナノ粒子の析出により、カーボンシートに構造色を形成させることに成功した。浸漬回数により、青色、黄色、橙色と色をコントロールすることができた。今後は、この試料を用いて、光触媒や水分解用の電極などに応用していく予定である。また、本助成により購入したプラズマ発生装置により、鉛筆の芯、紙を鉛筆で塗った部分にプラズマを照射して、構造色を形成させた材料をSALDI-TOF-MSの基材として用いることにより、試料の高感度化を図れるのではないかと検討を行ったが、芯については感度のわずかな上昇が見られたが、紙については顕著な高感度化は起こらなかった。加える手数と比して、効果が小さいためSALDI-MSの基材としての応用化を断念することとした。一方で、このプラズマ発生装置を利用して、現在、大きな環境問題となっている『永遠の化合物』とも呼ばれるPFAS化合物の分解に成功した。今後は、この方法を社会実装化できるよう検討を進める予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason これまで鉛筆の芯にプラズマ時間を長時間にすることにより、可視光から赤外領域に薄膜干渉が起こる領域を拡げることに成功した。さらに、芯の上にプラスチックによりマスクをして、プラズマを照射することにより、赤外線反射領域を制御できた。この方法により、赤外線カメラでのみ読み取れる文字をサンプル上に形成することに成功した。この研究は論文として発表を行った。交互浸漬法により、構造色を形成させることに成功した。一方で、構造色を形成させた材料を応用する手法の開発については大きな進展が見られなかった。しかし、構造色の発現以外に、本申請で購入したプラズマ発生装置が大きな環境問題であるPFAS汚染に応用できることを明らかにした。これは環境浄化のひとつのブレークスルーとなる可能性ある。
Strategy for Future Research Activity	最初に交互浸漬法による構造色の形成法とその利用についての検討を進め、論文発表などにつなげる。同時にプラズマ発生装置によるPFASの分解手法について条件を確立するとともに、社会実装化に必要な情報を収集し、論文発表などの成果につなげる予定である。今後は、構造色の作成方法、構造色材料の利活用、プラズマ発生装置による汚染物質の分解の三つを柱とし、研究を進めていく予定である。