2013 Fiscal Year Annual Research Report
超はっ水・超親水表面上での吸着水構造解明の深化と水の動的制御技術の進化
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25709061
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石崎 貴裕 芝浦工業大学, 工学部, 准教授 (50397486)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 吸着水 / 超はっ水 / 超親水 / 水の動的制御 |
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| Research Abstract |
平成25年度は以下の2項目に関する研究開発を行った。
（１）超はっ水・超親水および低ヒステリシス表面形成技術の確立
ガラスやアルミナ表面への有機分子処理を実施し，低ヒステリシス表面の形成を行った。具体的には，分子構造の異なる2種類の分子を用いて，低ヒステリシス表面の形成を試みた。原料には，Bis((tridecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrooctyl)-dimethylsiloxy)methylsilane（フッ素系シラン分子）とCH3COO(CH2CH2O)n(CH2)3Si(CH3)(OSi(CH3)3)2（非フッ素系シラン分子）を用いた。処理温度は150～220℃，処理時間は24～72時間とした。熱CVD法により，フッ素系シラン分子の成膜を行った。作製した皮膜表面の静的接触角は90～100°になり，はっ水性を示した。また，その表面の接触角ヒステリシスは5～10.2°であった。また、サイズスケールの異なる構造を階層的に，かつ，デザインどおりに構築する技術の開発を行い、超はっ水表面形成技術を開発した具体的には，原料に1,3,5,7-Tetramethylcyclotetrasiloxaneを用いて，処理温度60～170℃，処理時間6～24時間の条件にて，熱CVD法によりはっ水表面の形成を行った処理温度の増加に伴い，表面粗さが増加すると共に接触角が向上し，150℃以上の温度で処理することで，超はっ水表面を作製した。
（２）モデル表面における吸着水の構造の解明
上述したモデル面における吸着水の構造を解明するために、ラマン分光やFT-IR分光法を用いて水の水素結合に関連する3000～3600 cm-1 のピークを中心に調査し，自由水と結合水に起因するピークを分離することに成功した。低ヒステリシス表面では，自由水に起因するピークが主成分であることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成25年度の研究項目である（１）超はっ水・超親水および低ヒステリシス表面形成技術の確立および（２）モデル表面における吸着水の構造の解明に関する研究開発を行い，超はっ水，低ヒステリシス表面形成技術を確立すると共に，これらのモデル表面での吸着水の構造を計測することに成功したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、（１）超はっ水・超親水および低ヒステリシス表面形成技術の確立および（２）モデル表面における吸着水の構造の解明に関する研究開発を行う。（１）超はっ水・超親水および低ヒステリシス表面形成技術の確立では、平成25年度の結果に基づき、有機分子を用いた表面の形成技術の確立とその表面特性の評価に関する研究を行う。特に、成膜条件と表面特性の相関関係を明らかにする。また、無機材料(セラミックス)を用いた撥水・超はっ水表面の形成技術の開発も行う。（２）モデル表面における吸着水の構造の解明では、平成25年度に得られたラマンスペクトルと赤外吸収分光スペクトルの物理化学的解釈を行うために，量子化学計算による構造・振動解析を実施する。また、熱流束を伴う相転移をプローブとした示差走査熱量測定（DSC）法を実施し，その吸・発熱温度の違いから水和構造の解明も行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成25年度に作製する予定であった表面を形成するために必要な有機分子の合成に時間がかかり，平成26年度に合成が完了することになった。このため，合成に必要な試薬やガラス器具類等を平成26年度に導入することにしたため，。
合成および作製した表面の有機分子の分析を行うために，質量分析装置の導入を行う。また，この質量分析を解析するために必要なライブラリーデータを導入する。いずれも10月までに導入する予定である。
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