2020 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、前年度で得られた結果をもとに、ガラス超薄膜の組成がTi基板との室温接合に及ぼす影響を調査した。45S5ガラスをもとにNa2O-CaO-SiO2系ガラスについてCaO/Na2O比やSiO2量を変化させて、Obreimoff-Metsik法により接着エネルギーを評価した。また、ガラス超薄膜をTi基板から剥離した表面のXPS測定を実施し、界面における組成比や化学状態を調査した。作製したガラス超薄膜はいずれもごく微量の水を介して室温でTi基板に接着された。CaO/Na2O比が1を超える組成では接着直後の接着エネルギーが数百mJ/m2であり、9時間が経過してもほぼ同じ接着エネルギーとなった。一方、CaO/Na2O比が1以下の組成では接着エネルギーは時間経過とともに増加し、接着強度の増加速度と最終的に得られる接着エネルギーは、CaO/Na2O比が大きいほど高くなった。XPS測定より接着前のガラス超薄膜の最表面には、CaO/Na2O<1の時Naリッチ層が形成されていることがわかった。また、剥離後のTi基板表面はCaO/Na2O比が大きいほどガラス成分の検出量が減少し、Tiのケミカルシフト量も小さかった。以上より、CaO/Na2O比が1より小さい組成でガラス超薄膜表面にNaリッチ層が形成され、Naリッチ層から溶出したNaにより界面pHが上昇し、Ti基板およびガラス超薄膜表面が腐食され、ガラス超薄膜とTi基板との界面に中間層が形成される。実際にこの中間層を断面TEM観察により確認した。したがって、Na2O-CaO-SiO2系ガラスにおいては、CaO/Na2O比を通して界面pHを制御することにより、ガラス超薄膜とTi基板の接合強度を制御できることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ガラス超薄膜の接合強度の組成依存性の調査などは概ね順調に進んだが、当初考えていたガラス超薄膜の作製方法や引張試験などを実施できていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
大面積かつ平坦なガラス超薄膜の新規作製方法に向けた装置の設計・構築を実施する。また、P2O5添加により接着エネルギーが向上することが示唆されているため、Na2O-CaO-SiO2-P2O5系についてガラス超薄膜とTi基板との接着エネルギーの組成依存性を調査する。高い接合強度を有する生体活性ガラス多層膜（全膜厚が10マイクロメートル以上）を作製し、生体活性を持つことを実証する。
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