2018 Fiscal Year Annual Research Report
Ultra-thin glass laminate seal with sub-micron thickness for bio application
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18H01720
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
岸 哲生 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (90453828)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢野 哲司 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90221647)
松下 伸広 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90229469)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ガラス / 表面 / 接合 / 生体活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度では、申請者らがこれまでに開発してきたテルライトガラスの超薄膜の作製と異種材料への接合に関する研究を進め、室温直接接合のメカニズムについて検討した。TeO2-B2O3-Nb2O5系ガラスを温度制御下でバルーン状に成形し、厚さ数百ナノメートルから数十マイクロメートルの極薄ガラスを作製できることがわかった。このガラスをシリコン、シリケートガラス、サファイア、リチウムナイオベート、同一組成のテルライトガラス、に室温で直接押し付けた。超薄膜および基板双方の表面を極めて平滑にすることで、いずれの材料に対しても室温直接接合が可能であった。接合強度をObreimoff-Metsik法で評価した結果、テルライトガラス基板との接合において約400mJ/m2の高い接合強度が得られた。物理吸着または化学吸着しているH2O分子を低減させることおよび表面OH基を適切に制御することが高い接合強度を得るために重要であることがわかった。接合後のテルライトガラス薄膜を基板から剥離し界面の表面分析を行った結果、ガラス超薄膜と基板との界面における化学状態が変化していたことから、室温にもかかわらず化学的に安定な酸化物間で新しい結合の形成やイオンの移動が生じていることが示唆された。
生体活性を有するガラスの超薄膜の開発を進めた。実際に代表的な生体活性ガラスとして知られる45S5を用いて、厚さ数マイクロメートルの自立膜を作製した。基板としては、生体適合性金属として知られるチタンを選択した。適切な湿度コントロールにより、45S5ガラス超薄膜とチタン基板との室温直接接合が可能であることがわかった。
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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
当初予期していたより早く、生体活性ガラスを用いて超薄膜を作製できること、その超薄膜と金属基板との直接接合が可能であることを確認できた。より精密な厚さ制御のための超薄膜作製装置の整備が当初予定より遅れていたが、来年度初めには稼働できるように準備ができている。全体として予定より少し早く進んだと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
生体活性ガラスとチタン金属の室温直接接合の接合メカニズムを解明する。具体的には、接合前後の表面状態を分析し、接合強度との関係を明らかにする。得られた知見を元にさらに高い接合強度を実現するために必要な組成設計、表面処理などを考案・実施する。また、作製した生体活性ガラスとチタン金属の複合材料が生体活性を持つことを示す。
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