Development of Control Method of Polymer Surface Microstructure by Atomic Oxygen

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14955
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: Goto Aki 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (90794074)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 原子状酸素 / 高分子材料 / 表面改質 / 陽電子消滅寿命測定法

Outline of Final Research Achievements

Atomic oxygen (AO) collides with a polymer with a relative velocity of 8 km/s, which oxidizes and erodes its surface, forming nano- and microscale protrusions. This study aims to clarify the mechanism of the formation of protrusions for developing a surface modification method using AO irradiation. The sizes and numerical density of formed protrusions differed among polyethylene, polypropylene, and polystyrene, while the mass losses and changes in chemical bonds due to AO irradiation were almost the same. The evaluation using positron annihilation lifetime spectroscopy showed that the higher-order structure of a polymer (conformation of polymer chains) would affect the spatial scales where AO interacts, determining the morphologies of formed protrusions.

Free Research Field

航空宇宙工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、高分子の高次構造を活用することで、AO照射に伴い生じる突起構造の形状を制御できる可能性を見出せた。これは、AO照射を表面改質法として応用するための第一歩と言える。また、高次構造を適切に制御することで、突起構造が形成されにくい宇宙用材料を創生できる可能性が高いと言え、宇宙機設計に対する貢献も期待できる。さらに、AO（数 eVの並進エネルギーをもつ中性原子）について、複雑な構造をもつ高分子上でのふるまいに関する知見が得られた点で、表面・物理・高分子化学といった学術分野へも貢献できる。