2017 Fiscal Year Annual Research Report
高機能・多機能材料表面を実現する革新的プラズマプロセス技術の開発とその応用
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17H02804
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
永津 雅章 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (20155948)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荻野 明久 静岡大学, 工学部, 准教授 (90377721)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | プラズマプロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、従来困難とされたフッ素系材料の表面修飾技術、フッ素樹脂材とアルミなどの異種材料間の接合技術、3次元半導体デバイス開発に必要とされるSi基板の接合技術、さらに医療・環境分野において注目されるナノ微粒子の合成技術など、高機能・多機能表面処理を実現する革新的プラズマプロセス技術の開発を目的としている。平成２９年度の主な研究成果は以下の通りである。
1.フッ素樹脂材料の表面修飾を実現する方法として、大気圧プラズマジェットを用いた2段階プロセスを提案した。まず前処理として基板ステージに負バイアス印加によるフッ素樹脂表面のダングリングボンド生成を行った後、本処理においてアミノ基およびカルボキシル基修飾を行うもので、いずれの官能基の表面修飾が可能であることを蛍光色素を用いて確認した。
2.低圧プラズマを用いたSi基板の表面処理に関する研究を行う準備として、基板ステージにイオンエネルギー測定が可能な四重極質量分析器を設置した。NH3添加Arガスプラズマを用い、イオンエネルギーおよびイオン質量スペクトルの測定を行い、主なイオン種がNH4+イオンであることを明らかにした。
3.NH3ガス添加He大気圧プラズマジェットで表面修飾を行ったフッ素樹脂材と水蒸気添加Heプラズマジェット照射したアルミ材をエポキシ接着剤で接着させた結果、未処理の場合よりも密着力が5倍程度向上することを確認した。
4.表面プラズモン特性を有するアミノ基修飾金ナノ微粒子を合成するワンステップDCアーク放電法を開発した。表面プラズモン特性および分散性を有する金ナノ微粒子を作製し、液中銅イオンの高選択・高感度検出に成功した。
5.上記の研究成果は、査読付き英文学術論文に6編、国内学協会誌に1編、国際会議および国内学会に11件発表を行った。また、大気圧プラズマを用いたフッ素樹脂表面のアミノ基修飾に関する特許を1件国内出願した。
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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
本研究の主な研究項目として挙げた研究テーマのうち、フッ素系材料の表面修飾技術およびフッ素樹脂材とアルミなどの異種材料間の接合技術の開発に関する研究項目については当初の予定よりも順調に良好な成果が得られ、バイアス方式を用いた2段階大気圧プラズマジェットによりアミノ基およびカルボキシル基修飾が可能であることを明らかにするとともに、学術論文誌に発表を行った。さらにプラズマ表面処理フッ素樹脂材とアルミ材などの異種材料との接着に関する実験の結果、未処理のフッ素樹脂に比べて接着強度が約5倍向上することを明らかにした。また、3次元デバイス構築に向けたSi基板の接合技術に関する研究では、プラズマ表面相互作用の計測を行うための四重極質量分析器の取り付けと予備実験を行い、イオン照射エネルギーを変化させた表面処理の実験が可能となった、また、表面プラズモン特性を有するアミノ基修飾金ナノ微粒子の合成技術とその応用に関する研究では、ワンステップDCアーク放電により、アミノ基修飾した金ナノ微粒子の合成制御に関する研究を実施し、極めて良好な研究成果を得ることができた。それらの研究成果を国際的に評価の高い学術論文誌Advanced Functional Materials(IF=12.12)およびAdvanced Materials Interfaces(IF=4.279)に発表することができ、順調に研究が進展している。また、フッ素樹脂材料の大気圧プラズマ表面修飾技術に関する特許出願を行っており、今後の産業界での応用が期待される。このように、当初の研究計画を順調に達成することができており、今後はさらに高度化した研究を展開していく計画である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度では、平成29年度に実施した実験項目を継続して行う。以下に、今後の主な研究の推進方策は以下の通りである。(1)大気圧プラズマを用いたフッ素樹脂材(PTFE, ETFE等)の表面修飾技術:前年度の研究を継続的に進めるとともに、新たに開発した長尺大面積大気圧放電プラズマを用いて、難接着材のフッ素樹脂材の表面修飾を実現するとともに、異種材料との接着性向上に関する研究を実施する。(2)プラズマ表面修飾によるシリコン基板の低温接合技術:シリコン基板のプラズマ照射による常温接合技術の開発を継続的に進めるとともに、シリコン基板と異種半導体材料との接合技術に関する基礎研究を行う。(3)アルミ基板表面のプラズマ表面修飾による樹脂などの異種材料との接着技術:アルミ基板表面への大気圧プラズマ表面修飾による樹脂成型後の密着性のさらなる向上を実現するとともにメカニズムの解明を行う。また、アルミ基板とフッ素樹脂材との接合技術の開発についても、プラズマ照射条件の最適化を行うことにより、さらに接着・接合特性を向上させる。(4)表面プラズモン特性を有する官能基修飾金属ナノ微粒子のプラズマ合成とその応用:グラファイト層で被覆した金や銅などの金属ナノ微粒子をコアとするナノ微粒子のワンステップ合成に関する研究をさらに進展させ、新たな高機能・多機能材料創製を目指す。また、表面プラズモン特性を活かした高感度・高選択性を有する液中金属イオン検出技術の環境応用に関する研究をさらに推進する。
上記の研究項目で得られた成果を、国際的に評価の高い学術論文あるいは主要な国内学会や国際会議において発表を行う。また、成果に応じて特許出願等を行っていく予定である。
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Research Products
(20 results)
