| 研究領域 | 生物多様性を規範とする革新的材料技術 |
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| 研究課題/領域番号 |
24120005
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
細田 奈麻絵 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他研究員 (50280954)
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| 研究分担者 |
前田 浩孝 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20431538)
穂積 篤 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (40357950)
浦田 千尋 国立研究開発法人産業技術総合研究所, その他部局等, 研究員 (40612180)
重藤 暁津 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他研究員 (70469758)
松尾 保孝 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90374652)
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| 研究期間 (年度) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| キーワード | バイオミメティクス / エレクトロニクス実装 / 昆虫 / 表面 / 接合 / ハイブリッド皮膜 / 放熱 / 自己治癒 |
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| 研究実績の概要 |
生物機能のしくみに関する研究結果と生物規範による要素技術開発を集約し、エレクトロニクス実装への技術移転を試みるため次の研究を実施した。
【泡を保持するバイオミメティック表面】シリコンチップ上に泡保持表面（毛状構造）を加工し水中セルフアライメントに成功した。基板側は水蒸気又は酸素補助を用いた真空紫外光照射により親疎水性制御検討をポリジメチルシロキサンを対象に行い、最適条件を見出した。
【泡保持機構の導電性の付与】泡を保持できる突起構造の鋳型を作製し、柔軟な材料であるエラストマーへ構造転写し、エラストマー突起構造への金属メッキによる導電性付与に成功した。鋳型を熱インプリント用モールドとして用いることにより、導電性材料自体に突起構造形成することに成功した。
【放熱制御】極限環境にも生息する珪藻の有機成分の除去方法（熱処理、酸処理）の選定により珪藻殻の細孔特性と水蒸気吸脱着特性が変化することを明らかにした。珪藻殻に水蒸気を保持させることで放熱特性の向上に成功し、水蒸気吸着量と放熱特性に関係があることを見出しつつある（連携／公募班前田）。材料表面の周期的凹凸構造のサイズが、熱的性質に影響を及ぼすことを明らかにした。
【ぬれ制御】生物の機能維持メカニズム、多機能性を模倣した機能性材料の開発を実施した。優れた滑水性、ダメージを受けた際の自己治癒／修復、表面機能の回復、長期にわたる耐食性を有する層状ハイブリッド皮膜（高性能防錆皮膜）を開発した。この層状ハイブリッド皮膜を被覆した銅、アルミニウム基板は塩水噴霧試験2000時間以上経過しても腐食は確認されず、優れた長期耐食性を示すことが明らかとなった。また、ナメクジの分泌機能を模倣した自己分泌型機能材料を開発した。導入する液体を任意選択することで、防汚性のみならず、着氷防止、付着防止、超撥水性、撥液性等の表面機能を付与できることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究計画においては、生物規範による可逆的接着機構、セルフアライメント、防汚システム、放熱機構の研究開発すべてにおいて、おおむね計画通りに進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
【生物の可逆的接着性、セルフアライメント技術】各要素技術の最適化を行う（可逆的接着性、泡保持機構、セルフアライメント、表面改質による親疎水性制御）。生物が利用する接着科学の体系化を行う（昆虫や魚類の接着機構、系統的なアナロジーの検証（A班と連携）、形成プロセスの解明（B01-2班と連携））。
【泡保持機構の導電性の付与】最終的な導電化に導電性粒子の利用、ハンダ微細加工により配線する「結線技術」を開発する。
【植物の自己修復や分泌の仕組み、長寿命化】開発したナメクジを模倣した自己分泌型機能材料（SLUG）をB01-1班（大園ら）の自己組織化技術を利用して微細構造化する。得られた微細構造化SLUGの基礎物性（光学特性、防汚性等）について調べるとともに、屋外での暴露試験を実施し、表面機能の耐久性についても評価する。
【生物の放熱性等、放熱特性の向上】 1)珪藻殻の種類・構造等が放熱特性に及ぼす影響を調査し、 サブセルラーサイズ構造との関係性を明らかにするとともに、珪藻殻の特性を活用するメタサーフェス構造構築のプロセスを確立する（公募班／前田と連携）。また、構造の最適化を行い、エレクトロニクス実装に向けたモデル 試験を行う。2)放熱特性を高める周期的な構造と生物モデルとの関係性をシミュレーションにより調査し、モデル表面構造の熱的特性評価を行い、生物の新機能を探索する。
【エレクトロニクス実装プロセスを確立】開発した各種要素技術を組み合わせ、バイオミメティクス実装プロセスを確立する。層状ハイブリッド皮膜（塩水噴霧試験2000時間クリア）を実際の実装基板に展開し、長期間実環境化において絶縁性皮膜として機能することを実証する。信頼性評価については、JIS規格の熱サイクル試験等を行い、導電性粒子を利用して電気伝導性を与えた微細毛電極と基板側の配線間での接続抵抗値が±20%以内に収まることを目指す。
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