セラミックスのバイオミメティック合成プロセスの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02F00166
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 河本 邦仁 名古屋大学, 工学研究科, 教授
• 研究分担者: 諸 培新(ZHU Peixin) 名古屋大学, 工学研究科, 外国人特別研究員
• キーワード: 自己組織膜 / 微細パターン / 界面静電作用 / 銅 / 二酸化チタン / ポリマーの表面修飾 / アミノ官能基 / バイオミメティク

研究概要

1.自己組織膜上に銅配線の新規作製技術の研究
異なる自己組織膜(SAM)の表面帯電性を利用し、静電作用によりめっき溶液から生成した銅微粒が選択的に付着することによって銅膜の直接パターン化するという新規プロセスの研究・開発を行った。OH官能基を持つ自己組織膜(OH-SAM)の等電点は約3.0、NH_2-SAMは約7.7であることが分かった。したがって、pH範囲3.0〜7.7の溶液中でOH-SAMは負、NH_2-SAMは正の電位をもつことが判明した。また、塩化銅、クエン酸ナトリウム(錯化剤)及びDMAB(還元剤)を用いて通常無電解めっき溶液よりイオン濃度の高い溶液を作った。pH・温度・還元剤濃度などのパラメータを調整することによってpH=7.3付近の溶液中で負に帯電したコロイド状な銅微粒子の形成が観察された。この溶液中で浸された自己組織膜上のアミン官能基が付いていた部分にのみ銅微粒子が付着したことが確認され、厚さ150μmの銅膜微細パターンの作製に成功した。
2.有機ポリマー膜表面上に自己組織膜及び機能性材料膜と微細パターンの作製
プラスチック(例としてPET)表面上に、アミノ基を含む有機シラン(例としてAPTMS)とアセトンの混合溶液をコーティングすることによってPET表面に特殊なシリカ膜を作った。アミノ基を含む有機シランとアセトンを充分反応させることにより有機シランが部分的に加水分解する。この混合溶液を用いてプラスチック表面上に皮膜を行い、残りアミノ基が基材表面のCOOH官能基と化学結合したことによってAPTMS膜が基材と強固に結びついたことが考えられる。さらに、150℃熱処理により厚さ70nmの緻密なアモルファスシリカ膜が形成した。表面の水接触角が修飾前の70°から修飾後の約50°になったことが分かった。したがって、このAPTMS膜表面上にケイ酸リチウム(水ガラス)を直接に成膜することができった。測定結果によると、膜の酸素透過量がPETの約30cc/m^2・day・atmから著しく減少し、ほぼ0.17cc/m^2・day・atmになった。
また、APTMS膜に5分間のUV照射を行い、表面が超親水性になったことが分かった。この表面上に自己組織膜とその微細パターンを作製した上、無機-有機界面制御反応による水溶液環境中で機能性材料(TiO_2,Cu,Cu_2Oなど)の薄膜と微細パターンの合成に成功した。

研究成果

• [文献書誌] Peixin Zhu, Yoshitake Masuda, Kunihito Koumoto: "The effect of surface charge on hydroxyapatite nucleation"Biomaterials. 25(17). 3915-3921 (2004)
• [文献書誌] Peixin Zhu, Yoshitake Masuda, Kunihito Koumoto: "Seedless Micropatterning of Copper by Electroless Deposition Self-assembled Monolayers"Journal of Materials Chemistry. 14. 976-981 (2004)
• [文献書誌] Peixin Zhu, Yoshitake Masuda, Kunihito Koumoto: "Investigation on the assessment of nano-block integration process for novel thermoelectric materials"IEEE, Proceedings of the 22^<nd> International Conference on Thermoelectrics(ICT2003). 22. 368-371 (2003)
• [文献書誌] Junhui Xiang, Peixin Zhu, Yoshitake Masuda, Won-Seon Seo, Kunihito Koumoto: "Fabrication and application of self-assembled Monolayers on flexible polymer substrate"Langmuir. (in press).
• [文献書誌] Peixin Zhu, Makoto Teranishi, Junhui Xiang, Yoshitake Masuda, Won-Seon Seo, Kunihito Koumoto: "A Novel Process to form Silica-like thin layer on Polyethylene Terephthalate Film and its Application for Gas Barrier"Thin Solid Film. (accepted).
• [文献書誌] Y.Masuda, Y.Gao, P.Zhu, N.Shirahata, N.Saito, K.Koumoto: "Site-selective deposition of ceramic thin films using self-assembled monolayers"Journal of the Ceramics Society of Japan. (in press).