2022 Fiscal Year Annual Research Report
Study of mechanism and develop of new control method of formation of laser induced periodic surface structure on ceramics for medical applications
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19K05320
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
欠端 雅之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70356757)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
屋代 英彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30358197)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光プロセッシング / フェムト秒レーザー / セラミックス / ジルコニア / 周期構造 / 表面修飾 / アブレーション / チタン合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
医療用インプラントに用いられるイットリア安定化正方晶ジルコニアセラミックス表面へのフェムト秒レーザー誘起表面周期構造形成(LIPSS)を見出し、医療部材応用にむけた機能性材料膜のコーティングや部材の特性評価を進めている。観察されたジルコニアセラミックス上の周期構造は周期がレーザー波長よりもわずかに大きく偏光に平行な縞状であり、形成機構に未解明な部分がある。本研究では (1)ダブルパルス照射による周期構造形成実験、(2) ポンプ-プローブ計測による構造形成の時間発展の観測、（3）得られた実験結果から形成機構を明らかにすること、（4）医療用セラミックス材料表面のレーザー誘起表面周期構造形成の新しい制御方法を開発することを目的としている。
2022年度は形成機構解明を目的とし、2021年度から着手したチタン合金表面への異なる偏光を持つダブルパルス照射実験と解析をさらに進め、ジルコニアとの相違を明らかにし国際学会で口頭発表した。また応用に向けた取り組みとして、ジルコニアセラミックスへの表面周期構造形成が骨形成に与える影響を細胞を用いて評価した結果について国際誌に共著者として発表した。
期間全体での研究成果として、偏光状態が異なるダブルパルス照射において精密な遅延制御により偏光状態を制御した光パルスを発生し、このような光パルスを固体表面に照射すると偏光状態を反映した周期構造が形成されることを見出した。また形成機構理解のために表面周期構造形成特性が異なるチタン合金に対して同様の実験を行った。表面周期構造変化の遅延変化に対する周期性はジルコニアの場合と同じであるが、一周期内の変化の振る舞いと周期構造の偏光に対する方向が異なることを明らかにした。本研究で得られた知見に基づき、時空間発展制御光パルスによる表面周期構造の制御可能性について今後取り組む予定である（科研費22K04977）。
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