スパッタ法による高機能光触媒の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14050087
• 研究機関: 青山学院大学
• 研究代表者: 重里 有三 青山学院大学, 理工学部, 教授 (90270909)
• キーワード: 光触媒 / スパッタリング / 酸化チタン / 可視光応答性 / 防汚ガラス / 光誘起超親水性 / スマートウインドウ / 暗所維持特性

研究概要

スパッタ法による酸化チタンの成膜を幅広い成膜条件下で行い、高活性な酸化チタン光触媒の成膜プロセスを確立した。また、これらの薄膜の結晶性や表面の仕事関数を詳細に解析し、光触媒活性度を支配している構造的な要因に関して考察を深めた。この光触媒活性度の高い薄膜のスパッタ成膜におけるキーポイントは薄膜成長表面への高エネルギー粒子の照射によるダメージを低減させることであり、成膜中の全圧を高くする、或いはカソードの磁場強度を増加させて低インピーダンスでのスパッタリングを行えばよいことが判明した。
さらに、これらの独自の成果に基づいてフラウンホーファ研究所(FEP、ドイツ連邦共和国)との共同研究を行い、プラズマ発光モニタリングによるデュアルカソード反応性スパッタ成膜法による光触媒薄膜と透明導電膜の超高速成膜法の可能性を示した。さらに、TiO_2上にSiO_2を積層した場合に、SiO_2の成膜条件を工夫し多くのクラックを持つ構造にするとTiO_2の光触媒活性度を損なうことなく、暗所での維持特性を付与することに成功した。これらの積層膜は、それぞれの膜厚を最適化することで、反射防止性能も付与できることを示した。また、TiO_2より少し還元したTiO_<1.986>ターゲットを用いた直流(DC)スパッタ法の開発も行った。このターゲットは通常の直流放電に必要な電気伝導性を十分に有しているため従来から使用されている通常のカソードを用いてDC放電を維持することが可能であった。このターゲットを用いることで50nm/minという高速でTiO_2薄膜を作製することができ、この膜は大気中400℃で焼成することで高い光分解活性と光誘起親水化特性を示した。この成膜方法は、建築用窓ガラス、車載用窓ガラスへの実用的な光触媒形成方法としては、既存の製造装置をそのまま使用できるというメリットがあり、性能とコストの両面で大きな優位性があると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] 山岸牧子, 重里有三: "スパッタ法による光触媒ヘテロエピタキシャルTiO_2薄膜膜"会報光触媒(光機能材料研究会). 7. 6-12 (2002)
• [文献書誌] 山岸牧子, 入江由季子, 宋豊根, 重里有三, 小高秀文: "スパッタ成膜したエピタキシャルTiO_2の構造と光触媒特性"工業材料. 50・7. 26-32 (2002)
• [文献書誌] M.Kon, P.K.Song, Y.Shigesato, P.Frach, S.Ohno, K.Suzuki: "Impedance Control of Reactive Sputtering Process in Mid-Frequency Mode with Dual Cathodes to deposit Al-Doped ZnO Films"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 263-269 (2002)
• [文献書誌] Makiko Yamagishi, Sina Kuriki, P.K.Song, Yuzo Shigesato: "Thin Film TiO_2 Photocatalyst Deposited by Reactive Magnetron Sputtering"Thin Solid Films. (to be published)(未定). (2003)