2014 Fiscal Year Research-status Report
硬質・超撥水性を呈する電気自動車用プラスチック窓材の開発
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26390093
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| Research Institution | 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群) |
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Principal Investigator |
大越 昌幸 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工, 電気情報学群, 教授 (70283497)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | フッ素レーザー / 表面改質 / ポリカーボネート / シリコーン / シリカガラス / 微細周期構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度はまず、高い硬度を有するポリカーボネート（PC）を開発することを目的として、SiO2改質層の膜厚を厚くすることと同時に、膜厚増加に伴うクラック発生を抑制する手法について検討した。実験として、厚さ3 mmのPC板上に、厚さ4ミクロンのアクリルプライマーを介して、シリコーンハードコートを膜厚10ミクロンでコーティングした。その後、50ミクロン角の開口を有するステンレス製メッシュマスクを、シリコーン表面に密着させ、上方よりフッ素レーザーを照射した。そのときの単一パルスのフルエンスは14 mJ/cm2、パルス繰り返し周波数は10 Hzとした。
照射領域を3×3 mm2と比較的大きくして、照射時間を90 sと比較的長くしたときクラック発生が顕著になった。クラックのレーザー顕微鏡観察などから、クラックの発生は、シリコーン（密度約1.9 g/cm3）がSiO2（密度約2.2 g/cm3）に改質されたことによる体積変化に起因するものと考えられる。レーザー照射時間を変化させたときのSiO2改質層の厚さを調べてみると、照射領域が比較的大きい3×3 mm2の場合には、照射時間30 sまではクラックが発生しないが、60 sではクラック発生が顕著になることがわかった。一方、照射領域を50ミクロン角とした場合、照射時間180 sにおいても、クラックは全く発生しなかった。したがって、照射領域をミクロンオーダに細分化することにより、クラックフリーの改質層の厚さを約1.3ミクロンまで厚くできることが判明した。ナノインデンターを用いてその表面硬度を測定した結果、約2.8 GPaまで高くなることを見出した。
平成26年度の2つ目の成果として、SiO2改質層の微細周期構造を形成するため、微小球を用いた手法を試みた。試料表面に予め直径2.5ミクロン程度の合成石英ガラス製微小球を単層で整列させ、微小球側からフッ素レーザーを照射することにより、試料表面にサブミクロン径の微細周期構造が形成されることを見出した。
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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26年度は、当初の予定である下記2点について成果を得ることができた。
(1)フッ素レーザーにより、試料表面に形成するSiO2改質層の膜厚ならびに面積と、試料の表面硬度との関係を調べ、テーバー磨耗試験ではヘイズ値2 %以下、ナノインデンテーションでは硬度2.5 GPa以上が達成できる最適な実験条件を見出した。
(2)SiO2改質層のナノ周期構造を効果的に形成するために、シリコーン表面に予め直径2.5ミクロンのシリカガラス製微小球を単層で整列させてフッ素レーザーを照射し、その表面に微細周期構造を形成した。
以上より、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度より行ってきた微小球を用いた微細周期構造形成とともに、平成27年度からはバイプリズムを用いた実験を行う。バイプリズムを用いることにより、試料表面でフッ素レーザー光を干渉させ、その干渉パターンに沿って微細周期構造形成を同時に行う。さらに、波長172 nmのエキシマランプを購入し、真空紫外光によるプロセスとフッ素レーザーとを比較する実験を開始する予定である。
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| Causes of Carryover |
実験テーマを実用化の方向に拡張するため、下記のように、平成27年度にエキシマランプを購入したく変更をしました。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
エキシマランプ 一式@1,400千円
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Research Products
(4 results)
