| 研究課題/領域番号 |
16K13706
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
欠端 雅之 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 主任研究員 (70356757)
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| 研究分担者 |
屋代 英彦 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 主任研究員 (30358197)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 光プロセッシング / フェムト秒レーザー / セラミックス / ジルコニア / 周期構造 / 結晶相 / 機械強度 / アブレーション |
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| 研究実績の概要 |
フェムト秒レーザーを適切な条件で照射することでイットリア安定化正方晶ジルコニア多結晶体(3Y-TZP)表面に周期的微細構造を形成できる（M. Kakehata et al., Proceedings of LAMP2015, A201(2015) ）。3Y-TZPは機械的特性に優れインプラントや人工関節などの医療用部材に用いられており、本手法を応用することで親水性の制御や機能性材料膜の強固なコーティングなど医療用部材の性能向上が期待される。本研究では、医療用3Y-TZPへの周期構造形成条件の探索、形成機構の解明、構造形成された材料の特性評価などを行うことを目的とする。
研究分担者及び連携研究者と協力し研究を進め、平成28年度は以下の結果が得られた。
１.周期構造形成条件の系統的探索として（１）チタンサファイアレーザーを光源とし、照射条件と周期構造形成の関係を系統的に明らかにした。具体的にはパルス幅への依存性と、楕円偏光に対する依存性を明らかにした。（２）照射レーザーの波長依存性の測定：吸収が構造形成に果たす役割を解明することを目的とし、異なる波長のレーザーを照射した。イッテルビウムレーザーの基本波、二倍波、三倍波を用いた周期構造形成を行い波長依存性を明らかにした。
２. 構造形成された材料の特性評価として（１）表面形状を共焦点レーザー顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いて観測した。また走査型電子顕微鏡、走査型イオン顕微鏡、 透過型電子顕微鏡を用いて観測した周期構造部分の断面について検討・考察した。（２）結晶相評価をX線回折測定により行い、単斜晶割合を評価した。
３．平成29年度以降に計画していた以下の二つの項目にも着手した。（１）形成機構解明のためのダブルパルス照射実験 （２）照射試験片の機械強度と長期安定性評価。
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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
平成28年度の研究計画と想定していた「周期構造形成条件の系統的探索」と「構造形成された材料の特性評価」を、ほぼ計画通り行うことができた。更に、平成29年度以降に計画していた「ダブルパルス照射実験」と「機械強度評価」に着手したことから、おおむね順調に進展していると判断される。
具体的にはイッテルビウム系のフェムト秒レーザーの基本波、二倍波、三倍波を照射して周期構造形成を評価した。これまでのチタンサファイアレーザーの結果と合わせて波長依存性を明らかにすることができた。またパルス幅依存性、偏光依存性についての基礎特性を取得した。
構造形成された材料の特性評価として、表面形状の評価を共焦点レーザー顕微鏡で行った。結晶層の評価をラマン顕微鏡とXRDを用いて行った。また走査型電子顕微鏡や走査型イオン顕微鏡, 透過型電子顕微鏡による断面観測結果について検討を行った。
形成機構の解明のために、同じ波長のダブルパルス照射実験に着手した。また応用において重要な機械強度評価としてISO規格の4点曲げ強度評価に着手した。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成29年度は、当初計画していた周期構造形成の機構解明の研究を中心に研究を進める。具体的にはレーザーパルス対照射による周期構造形成の特性評価を行う。同じ波長で偏光が異なるパルス対の照射や、波長の異なるパルス対の照射など、いくつかの組み合わせが考えられる。また平成30年度に予定していた機械強度評価についても並行して取り組むこととする。平成30年度末に研究期間が終了した際に、「周期構造形成の機構解明」と、「応用において重要な機械特性などの評価」に関する成果が得られるように、研究分担者及び連携研究者と協力し研究を進める。
得られた成果を、国内・国際学会で発表するとともに、原著論文としてまとめる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
平成28年度に予定していた周期構造形成の基礎的な評価をほぼ計画通りに実施できた。実験の基本となる物品については、所属機関の運営費交付金により整備することができた。そこで本科研費予算を、平成29度以降に実施予定であった機械強度評価用の試験片の作成に主に使用した。これにより一部の予定に先行して研究を進めることができた。
また、年度の切れ目なく使用可能な基金の特性を生かすため、年度末に論文投稿費用として本予算を確保したが、結果的に使用しなかったため平成28年度の予算に未使用額が生じた。
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| 次年度使用額の使用計画 |
平成28年度の未使用金額は平成29年度の予算と合わせて使用する。平成29年度は周期構造形成機構解明のためのダブルパルス照射実験を中心に計画しており、光学部品やステージ類を整備予定である。また並行して機械強度の評価も行う予定であり、試験片等の消耗品を試作する計画である。また得られた成果を、学会や論文で発表するためにも使用する計画である。
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