超微粒子ビームによる酸化チタン多孔質皮膜形成に関する研究

• Project/Area Number: 13750671
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Material processing/treatments
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 塚本 雅裕 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (90273713)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2002: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2001: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 超微粒子 / 超微粒子ビーム / 酸化チタン / 多孔質膜 / 多孔質皮膜

Research Abstract

本研究における超微粒子ビーム形成には酸化チタン超微粒子のエアロゾル化が必要であり、特に浮遊量制御が重要である。エアロゾル化を実現するエアロゾルバイブレーションシステムは、上下振動撹拌をベースにしている。本年度は、超微粒子の浮遊量を制御するために上下振動数制御装置を設計製作した。また、長時間のエアロゾル化を可能にするための上下振動撹拌装置を設計し、製作した。さらに、酸化チタン原料粉末に含まれる凝集粒子を除去するために粒子の質量に依存した飛行軌道の違いを利用したフィルターを開発した。実験結果から粒径1μm以上の凝集粒子が本フィルターにより除去されていることが確認できた。
酸化チタン粒子の粒状形状維持に適したビーム入射角を明らかにするために実験を行った。ガラス基板上に形成された皮膜の断面観察結果から、入射角が40°以上になると粒状形状が保たれないことが分かった。斜入射の場合、飛行粒子は基板表面に対し平行方向に速度成分を有することになる。粒状形状が失われる原因として基板表面に対する平行方向の速度成分、つまり粒子と基板との磨耗が考えられる。磨耗効果の有無を調べるためにポリエチレンテレフタレート(PET)基板へのビーム照射実験を行った。実験から入射角が40°以上になると皮膜は形成されず、基板がエッチングされることが分かった。これらの結果から、ビームの斜入射により生じた磨耗効果が皮膜形成プロセスに影響を及すことが示された。
透明導電膜基板に対し、入射角10°および40°で皮膜形成実験を行った。形成された皮膜に、ルテニウム錯体(色素)を塗布すると入射角10°で形成された皮膜には色素が染込むことが分かった。この試料をもとに色素増感型太陽電池を作製し、本電池を光電変換効率測定試験に導入することができた。