低地球軌道上の原子状酸素と炭素/高分子系宇宙用材料の反応に関する原子オーダー解析

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09751006
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 田川 雅人 大阪大学, 工学部, 助手 (10216806)
• Keywords: 原子状酸素 / ポリイミド / 宇宙環境 / 劣化 / 高分子 / 炭素材料 / 低地球軌道

Research Abstract

本研究ではイオンビーム型ならびにレーザーブレークダウン型の原子状酸素発生装置を用いて、低地球軌道環境における高分子薄膜の表面特性の変化について研究を行ったものである。研究初年度に当たる平成9年度はポリイミド薄膜に対する原子状酸素の反応の並進エネルギー依存性などについて研究を行った。その結果、以下のようなことが明らかになった。
(1)原子状酸素とポリイミドの反応性における運動エネルギー依存性を調べるためにイオンビーム型原子状酸素発生装置を用いてポリイミド薄膜の質量変化をin-situに測定した結果、ポリイミド薄膜の質量変化は原子状酸素の運動エネルギーと関連しており、30eV以下のエネルギーでは原子状酸素の吸着によると思われる質量増加が、30eV以上では逆に質量減少が認められた。
(2)原子状酸素を照射したポリイミド薄膜のXPS分析からは高エネルギーの原子状酸素を照射した場合にはカルボニル基やODAの分解が顕著に観察された。
これらの結果は運動エネルギーの増加に伴い、化学反応のみではなく、物理的なスパッタリングによる効果も加わるためであると思われる。本研究ではビームフラックスが小さいため原子状酸素とポリマー表面の反応の初期過程を模擬している事になり、多量の酸素が表面に吸着した定常状態での反応とは異なる可能性がある。表面吸着酸素量が少ない場合には主鎖の切断が抑制されるという報告が最近なされている事から、これが本研究で質量減少が見られなかった原因であると推定される。
以上のような結果をもとに次年度は高ビームフラックスでの同様な実験を繰り返すことにより反応の詳細を明らかにしてゆくとともに、グラファイト等の炭素系材料についてもその表面性状の変化を研究する予定である。

Research Products

• [Publications] H.Kinoshita et al,: "Hyperthermal atomic oxygen interaction with highly oriented pyrolytic graphite studied by scanning tunneling microscopy" Proc.7th International Symposium on Materials in a Space Environment. ESA SP-399. 211-216 (1997)
• [Publications] M.Tagawa et al,: "Oxidation of room temperature silicon (001) surfaces in a hyperthemal atomic oxygen" Proc.7th International Symposium on Materials in a Space Environment. ESA SP-399. 225-229 (1997)
• [Publications] N.Ohmae et al,: "Space tribology activities in Japan-Laboratory data and flight experiment aboard SFU/EFFU" Proc.7th International Symposium on Materials in a Space Environment. ESA SP-399. 387-391 (1997)
• [Publications] 田川 雅人 他: "スペーストライボロジーの現状と将来" 生産と技術. 50巻1号. 27-30 (1997)