原子状酸素と高分子材料の表面反応:宇宙実験結果とin-situ地上実験結果の比較

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11750787
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 田川 雅人 神戸大学, 工学部, 助教授 (10216806)
• キーワード: 原子状酸素 / 宇宙環境 / 高分子材料 / 低地球軌道 / 材料劣化 / 宇宙実験 / 地上試験 / ポリイミド

研究概要

本研究は原子状酸素を照射した高分子表面が大気曝露受けない宇宙空間では実際にどのような状態にあるのかを明らかにする事を研究目標とし、原子状酸素照射後の高分子の表面状態を大気曝露前後で比較し、宇宙実験サンプルへの大気曝露の影響を明らかにしようとするものである。試料としては代表的な宇宙用高分子であるポリイミドを選び、レーザーデトネーション型原子状酸素発生装置を用いて作成した超熱原子状酸素ビームを試料表面に照射し、大気曝露前後での表面状態の変化をX線光電子分光法を用いて検証した。実験の結果、原子状酸素照射後のポリイミド表面は大気曝露を行わない場合には酸素濃度が増大し、またX線光電子スペクトルの形状も照射前と大きく変化したが、大気曝露後は徐々に酸素濃度が減少し、またスペクトル形状の変化も小さくなり、曝露前の表面状態に戻ってゆくことが明らかになった。ClsX線光電子スペクトルにおいては、カルボキシル基に起因するピークが大きくなることが明らかになり、表面に原子状酸素が化学吸着していることが示された。今回得られた実験結果はGrossmanらがJournal of Spacecraft and Rockets Vol.36,No.1(1999)pp.75.に報告している結果と正反対の結果である。彼らは原子状酸素の照射により酸素濃度が減少し、カルボキシル基もそれに伴い減少するという報告を行っている。この様な差異が何に起因するかは現状では明らかではないが、原子状酸素の発生方法が異なる事から、実験に用いたビームの質が違うのではないかと推察された。

研究成果

• [文献書誌] 田川雅人: "宇宙用材料の耐宇宙環境性に関する研究"宇宙先端技術ワークショップ会議録. NASDA CON-980001. 58-68 (1999)
• [文献書誌] 木之下博: "低フラックス原子状酸素ビームとポリイミド薄膜との表面反応 (1)-反応率の運動エネルギー依存性-"日本航空宇宙学会論文集. Vol.47,No.541. 88-94 (1999)
• [文献書誌] 田川雅人: "低フラックス原子状酸素ビームとポリイミド薄膜との表面反応 (2)-紫外線の同時照射効果-"日本航空宇宙学会論文集. Vol.47,No.543. 182-187 (1999)
• [文献書誌] Tagawa M.: "Surface reaction of a low flux atomic oxygen beam with a spin-coated polyimide film: Synergetic effect of atomic oxygen and ultraviolet light"Transactions of the Japan Society for Aeronautics and Space Sciences. Vol.42,No.135. 40-45 (1999)
• [文献書誌] Tagawa M.: "Volume diffusion of atomic oxygen in a-SiO_2 protective coating at various temperatures"Proceedings of the 44th International SAMPE Symposium and Exhibition. Vol.44. 402-411 (1999)
• [文献書誌] Kinoshita H.: "Hyperthermal atomic oxygen beam-induced etching of HOPG(0001) studied by X-ray photoelectron spectroscopy and scanning tunneling spectroscopy"Surface Science. Vol.440,No.1. 49-59 (1999)