Elucidation of deposition mechanism of colloidal crystal thin film with Alder phase transition and continuous deposition process

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02510
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: FUDOUZI Hiroshi 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主席研究員 (20354160)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保 祥一 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (20514863) ; 打越 哲郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, NIMS特別研究員 (90354216)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: コロイド結晶 / 移流集積 / 塗布乾燥 / 構造色 / マイクログラビア塗工 / 懸濁液 / R-to-R塗工 / 濃縮結晶化

Outline of Final Research Achievements

Colloidal crystal thin films can be deposited with high quality by advection accumulation or oil coating, but the deposition rate is very slow. In this study, the ethanol suspension system enabled high-speed deposition, and microgravure coating enabled continuous R-to-R deposition. This is an important finding as a basic technology for future industrial production. In addition, the relationship between film thickness and deposition rate in the high-speed deposition process clearly showed that it followed the Landau-Levich model.

Free Research Field

塗工プロセス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

コロイド結晶はひずみや応力を構造色変化として視認できる新素材やセンサーとして期待されている。しかし、コロイド結晶の成膜は非常に低速であることが課題であった。我々は短時間でコロイド結晶薄膜が形成するエタノール系懸濁液による高速成膜について研究した。塗工速度と膜厚の関係から低速成膜と高速成膜でメカニズムが異なることが分かった。また、本懸濁液を利用することで小型装置であるもののR-to-R塗工による連続成膜が可能であることを実証した。今後、本成果で得られた基礎研究の成果を元に産業界と連携して実用レベルのスケールアップを試みる。高品質コロイド結晶薄膜の量産化により新材料の製造コストの低減が期待される。