2014 Fiscal Year Annual Research Report
乱雑さを制御した複合プロセスによる、高機能発色材の実現
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26289249
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
齋藤 彰 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90294024)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 構造色 / 乱雑さ / モルフォ蝶 / プロセス / 生物模倣 / ナノ / 光材料 / バイオミメティクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的である、モルフォ蝶の巧妙な光学ナノ構造に基づく「高機能な発色材の開発」において、基本作製プロセスは「乱雑ナノパターニング」と「多層膜蒸着」の２段階で構成される。H26年度、この２段階の後者において、（あるトラブルを契機に新たに）重要な成膜ノウハウが得られた（成膜の下処理、特に黒化処理による構造・コントラストの効果）。これは従来、コントラスト強化だけが存在理由と考えられていれた黒化処理について、構造上の新たな役割が見出されたことを意味する。
また本来、将来計画（H28年4月～）であった基板フリー・フレキシブル発色膜の作製について、予想外にいくつかの方向で進捗が得られた。これは全体計画の視点と、実験環境の整備状況に鑑みて、研究計画を前倒しで試みた結果である。作製プロセスで当初予見されていたいくつもの困難を、工夫の積み重ねによって克服し、ほぼモルフォ固有の発色特性を満たすフレキシブル膜の実現に近づくことができた。また、基板フリー化とともに、上記のフレキシブル膜と相補的な「フレキシブル基板」の作製にも成功した（これはナノインプリントによる量産化において、鋳型自体をフレキシブルにできるため、形状の自由度が大きく増すことになる）。やはりこの場合も、この鋳型からできた発色体は、モルフォ発色固有の光特性を満たすことが確認できた。ただしフレキシブル化ができた両者（フレキシブル鋳型からの発色体、基板フリーのフレキシブル発色体）ともに、特に曲げた状態での詳細な計測（光学計測、構造計測、ともに）ができていないため、その点は継続して研究が必要である。
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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
目標である複合プロセスの開発に対し、本来は将来計画（H28年4月～）であった基板フリー・フレキシブル発色膜の作製について、予想外にいくつもの方向で進捗が得られた点は、「当初の計画以上の進展が得られた」点である。曲げた状態での特性および構造に関する知見はこれからにしても、平らな状態ではほぼ従来と遜色のない発色特性が得られている。基板フリー・フレキシブル化は、数多くの困難が予想されたために後半に回していた計画であるが、これが初年度に達成できたことは大きな進捗である。同時に、（膜でなく）基板自体のフレキシブル化、というプロセスも開発が進み、ほぼ本来のモルフォ特性が得られることが確認できている。さらに別の進展として、本プロセス開発では常に必要な（つまりパラメータ制御してさまざまな基板を作製するが、そのいずれに対しても必要な）大前提となる「黒化処理」について、新たな役割が見いだせた点も大きい。今後も、あらゆる工程でこの黒化処理は特性に関係してくるため、ここでの知見は今後の計画全体にとって重要であった。
一方で、それで「当初の計画以上の進展」とならないのは、上記の前倒しで行った計画実施のため、当初に最初に行う予定であった「ナノの乱雑さ制御（レーザ加工と砥粒加工を利用）」による光特性制御が後手に回ったからである。たしかに上記のフレキシブル発色膜の作製を行う際に、レーザ加工と砥粒加工自体は実施しているので、その意味ではナノの乱雑さ制御も踏まえてはいるが、パラメータの積極的な制御は不十分であったため、総合的に上記の達成度となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
基本は、1) 複合プロセス（レーザと砥粒加工）による超高速･大面積作製と、2)「ナノの乱雑さ設計」による光特性制御である。しかし初年度に得られた予想外の進捗結果（成膜の新ノウハウ獲得と、前倒しのフレキシブル基板作製）に鑑みて、1)2)とともに、3)フレキシブル基板、の特性評価を行う。1)2) は不可分で、試作段階の1) 複合プロセスに、2)「乱雑さの光効果」の計算を加味・制御し、「乱雑さ設計」による効率的な超高速作製プロセスを確立する（2カ年計画）。
1)2)のうち1)のプロセスは、特殊な乱雑ナノパターニングと多層膜蒸着の２段階で構成される。昨年度、２段階の後者で、あるトラブルを契機に（時間はかかったが）重要な成膜ノウハウ（上述した黒化処理の効果）を得た。そこで本年度は、２段階の前者の詰めを行う。前者では、面内長軸に乱雑分布をもつ長方形で凹凸を彫ることが設計の肝である。このナノ形状が本発色原理の主要部（回折広がり、稠密性、乱雑さ、異方性）を占める。応用に不可欠な量産に向け、時間・コスト大幅改善の新工程（レーザ）で高速・大面積ナノパターンを作り、成果も得たが、工程の後者に集中したため、まだレーザ加工パラメータが不確実である。このパラメータ制御を詰める。
1)2)と同時に、3)フレキシブル基板の特性評価を行う。これは本来、全計画の中で後半（H28年4月～）の計画であったが、全体計画の視点と実験環境に鑑みて前倒しで初年度に試み、予想外に進捗が得られた。詳細は前項の通りだが、フレキシブルの肝である「曲げ状態下」の光特性に不明な点が多数あり、それを詰める必要がある。特に、誘電体多層膜の曲げ状態における発色には一見した限り予想や直観と矛盾する結果があり、詳細なその場測定（曲げ状態での光学特性測定）と観察により、正しい解釈を与える。
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| Causes of Carryover |
直接経費受領額2,200,000円に対して、次年度使用額は28,297円（1.3％）なので、ほぼ計画通り執行したと言えるが、物品購入および加工費（その他の項目に分類）において、それぞれ予定した購入および加工に対して、執行費用の総額に若干の違いが生じた。それらは当初の（計画時の）物品および加工に対して、世の中の技術・市場レベルの向上により、当初に計画を立てた時期よりも価格が若干安価になるなどして（情報関連機器では特に、この傾向が大きいことは周知のとおり）、当初計画よりも安くなった点が挙げられる。また他に、実績報告で書いた通り、当初計画に対して全体の中で計画の前倒しや後回しなどがあったため、その分の差が生じたことも微小な影響となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28,297円と比較的少額であり、当初の予定通り、おもに加工費用および、物品購入で使用する予定である。少額のため、計画に変更をきたすような大きな加工や物品購入は不可能である。したがって、従来通りの成膜（誘電体多層膜の蒸着など）、また物品でもデータストレージを中心とした情報機器・物品の購入にあてる計画である。
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