フルオロアルキル基修飾POSS合成を基軸とした耐原子状酸素性材料の分子設計最適化

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04494
• Research Institution: Japan Aerospace EXploration Agency
• Principal Investigator: 行松 和輝 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 (30867966)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 横山 創一 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (40811211) ; 後藤 亜希 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): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 原子状酸素 / シルセスキオキサン材料 / 耐原子状酸素性材料

Outline of Annual Research Achievements

地球低軌道には原子状酸素（AO）が存在し、特に高分子材料に対して浸食・劣化を引き起こすことが知られている。本研究では、新規耐AO性材料の創出に向け、有機無機ハイブリッド材料であるシルセスキオキサン含有材料（POSS材料）の有機ユニットの化学構造に注目した。その有機ユニットの化学構造とAOとの反応量を明らかにすることで、耐AO性材料としてのPOSS材料の分子設計を最適化することを目指している。
本研究は、①：POSS材料の有機ユニットの化学構造の違いがAOとの反応に与える影響評価、②：新規耐AO性材料の設計・合成・評価の2つから構成される。2021年度は項目①として、有機ユニットにフルオロアルキル基またはアルキル基を修飾したPOSS材料とAOとの反応量データの取得を実施した。まずフルオロアルキル基修飾POSSとアルキル基修飾POSSを、それぞれ合成し、Si基板上に成膜した。これらの試料に対して、AO照射を行い、AO照射に伴う反応量、シリカ層の形成厚さ、表面状態をそれぞれ質量測定、XPS分析、光学顕微鏡観察などを中心に実施した。その結果、同程度の鎖長を有機ユニットに有するPOSSでも、フルオロアルキル基とアルキル基の違いによって、質量損失やAO照射に伴って形成されたシリカ層の厚さが異なることが分かった。次年度以降も引き続き分析を実施し、反応量に影響を及ぼすパラメータを明らかにしていく計画である。本結果は、耐AO性材料としてのPOSS材料の設計指針の一助になると考えている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2021年度は、化学構造の影響を調査するために同程度の鎖長のPOSS材料の合成・成膜、AO照射実験まで実施でき、反応量やシリカ層形成厚さといった基礎的なデータの取得を計画通り実施できた。さらに異なる鎖長を持つPOSS材料の合成・AO照射実験にも着手することができ、特にフルオロアルキル基修飾POSSとAOとの反応理解につながるデータを取得できたことから、おおむね順調に進展していると考えた。

Strategy for Future Research Activity

項目①について、AOとの反応量に影響を与えた要因を探索するため、
・POSS材料の無機骨格間距離の評価
・POSS材料の結晶性の評価
などについて検討を進める。また項目②について、項目①で明らかになったことを基にPOSS材料の合成・AOとの反応量理解の検討を進める。

Causes of Carryover

原子状酸素照射実験の準備や実施に予定より時間を要し、照射後試料の分析が一部遅れた。2022年度に、新規POSS材料の合成および各種試料の分析に使用する計画である。