| 研究課題/領域番号 |
21K04494
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
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)
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| 研究分担者 |
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)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 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 / シルセスキオキサン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、耐原子状酸素 (AO) 性をもつ新規材料の開拓を目指し、シルセスキオキサン(POSS) 材料の分子設計最適化を目的とする。熱制御材料などの高分子材料は、地球周回低軌道に存在するAOにより浸食されるため、防護手段として耐AO性コーティングが検討され、POSS材料はその一候補である。POSS材料とAOの相互作用について、POSS骨格の反応量への影響は報告があるものの、様々な分子を側鎖として修飾可能な有機ユニットの影響については議論が進んでいない。本研究では、有機ユニットの化学構造とAOとの反応量の相関を取得する。また、ポリイミド材料に塗布可能なPOSS材料の分子設計にも挑戦する。
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| 研究実績の概要 |
地球低軌道には原子状酸素（AO）が存在し、高分子材料との衝突により、浸食・劣化が起こる。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かご型シルセスキオキサン（POSS）材料の有機官能基の化学構造の違いが、AOとの反応量に与える影響に注目し、耐AO性材料としてのPOSS分子設計の最適化を目指した。
本研究では、(1)フルオロアルキル基およびアルキル基をそれぞれ修飾したPOSS分子を合成、Si基板に成膜し、AO照射実験を行った。AO照射に伴う質量変化量や表面構造およびシリカ形成厚さを評価した。その結果、同程度のAOフルエンスにおける質量減少量やシリカ形成厚さは、フルオロアルキルPOSSの方が大きい傾向が再現性良く確認された。そのため、有機官能基のAO浸食率のみで、POSSのAOとの反応量が決定されないことが分かった。またフルオロアルキルPOSSではAO照射後の表面にひび割れが発生した。これらはPOSS分子の無機骨格間距離や、AOとの反応で形成される酸化物層の違いにより説明できる可能性が高い。これに加えて、(2)ポリイミドに塗布可能なPOSS分子設計を行い、AO反応量の評価を実施した。さらに、(3)実宇宙環境に耐えうる高融点のPOSS分子を設計・合成・成膜し、AO照射実験を行い、高い耐AO性を保持したまま、高融点のPOSS分子の候補を見出すことが出来た。なお最終年度では、(1)と(3)を中心に実施した。
以上により、本研究ではPOSS分子の側鎖の化学構造が耐AO性を決定づけることを、実験的に示すことが出来た。また側鎖の化学構造を制御することで、耐AO性と耐熱性、ポリイミドへの塗布性を兼ね備えたPOSS分子の創製が期待される。
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