| 研究課題/領域番号 |
17K06859
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
竹中 弘祐 大阪大学, 接合科学研究所, 助教 (60432423)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | マルチマテリアル / 表面改質 / 構造部材 / PEEK |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、構造・機能材料の抜本的な軽量化に向けて、有機材料に新たな機能を付加して適材適所に使用するマルチマテリアル化により新規エンジニアリング部材創成に革新的なブレークスルーをもたらす技術開発を念頭に、化学・物理的機能性付与による高性能・高機能有機材料表面形成のための非平衡プラズマの高活性な反応場を用いた有機材料表面への改質および薄膜形成技術の開発と、革新的構造材料創成のための技術確立を目的とする。
有機材料の最表面の構造を精密制御し、なおかつその表面に官能基付与した、物理的・化学的に機能性を有する表面改質および薄膜形成技術開発を念頭に、イオン・ラジカル・光を制御した低圧プラズマを生成し、このプラズマと生体材料応用で有望視されているPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)との表面相互作用の解明に向けた研究を推進している。本年度は高性能・高機能有機材料表面形成のための非平衡プラズマ制御技術である、イオン・ラジカル制御に加えて表面に微細な構造物を形成するためにスパッタ源を有するプラズマ源を完成させた。また、入射するイオンエネルギーが1０eV程度のアルゴン酸素混合プラズマをPEEKに照射することにより、表面の物理的構造が変化することを確認した。これはイオン・ラジカルによるPEEK表面のスパッタ・エッチング効果によるものと推察される。この結果から本装置は物理的な機能を有する有機材料表面への形成を可能にする装置であることがいえる。本研究の成果はプラズマによる様々な有機材料表面の改質・制御技術および物理的構造形成技術の発展に向けた貢献できることを示す結果である。
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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
本年度は高性能・高機能有機材料表面形成のための非平衡プラズマ制御技術として、昨年度から作製を進めているイオン・ラジカルを能動的に制御し有機材料への入射束を制御し、なおかつ表面に微細な構造物を形成するためのスパッタ源を有するプラズマ源の開発を行った。またそれと平行して、エンジニアリングプラズチックであるPEEKにイオン・ラジカル入射束を制御したプラズマを照射しPEEKに含まれる有機分子の励起、解離反応過程の解明を目標に研究を進めてきた。まずイオン・ラジカルを能動的に制御するための非平衡プラズマ生成装置を用いてプラズマ照射によるPEEK表面の構造解析を、原子間力顕微鏡（AFM）を用いて行った。これらの結果、プラズマ照射後のPEEK表面は照射時間を増加させるごとに表面荒さが増大しPEEKの結晶構造に起因すると考えられる微細構造が形成されることが明らかとなった。すでに先行研究でPET(ポリエチレンテレフタレート)へのプラズマ照射実験において、有機材料とプラズマとの相互反応においてミクロな表面構造の形成とマクロな表面構造を形成することがわかっており、PEEKにおいても同様の相互作用が起こっていると推察される。つまり本装置は高性能・高機能有機材料表面形成のための非平衡プラズマ生成に適した装置であることがいえる。これまでの先行研究で得られたPETの実験結果とPEEKと結果を比較しながら有機材料・プラズマ相互作用の材料による相違を明らかにしていくべく研究を推進中である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は昨年度に引き続き非平衡プラズマ源を用いて有機材料表面へのプラズマ表面改質技術の開発と化学的特性の解析を行うとともに、イオン・ラジカルを能動的に制御し有機材料への入射束を制御し、なおかつ表面に微細な構造物を形成するためのスパッタ源を有するプラズマ源を用いて、能動的に任意の微細構造を有する表面形状を形成し物理的特性の解析を行う。物理的特性の解析には引き続きAFMやSEM観察を行うとともに、プラズマから入射するイオン・ラジカルによる表面の化学的な特性の変化を調べるために、光電子分光法(XPS)を用いた化学構造の解析により最表面の化学的特性の変化、および官能基の付与の有無について測定する。また官能基の中でも異材との親和性を考慮して、まずヒドロキシル基やカルボキシル基に着目し、それらの官能基表面への付与について調査する。さらに、非平衡プラズマ源を用いた有機材料表面へのプラズマ表面加工技術の開発と表面特性の解析を行う。バイオミメティクスに代表される生物のもつナノメートルスケールでの３次元微細構造をヒントに、有機材料表面の形状を制御することによる、高機能有機材料表面創製プロセスの実現を目指す。これらの研究で得られた知見を基に、生物のもつ『かたち』を人工的に模倣し、それを工学的な機能材料の開発へと結びつけることによって、生物の機能を超える新しい高機能有機材料の創製を行う。イオン・ラジカル制御した等方性・異方性プラズマエッチングにより有機材料表面へ３次元微細構造を形成し、その表面形状をAFM、およびSEMを用いて評価する。異材との接合・接着を考慮した機能発現に関する物理的化学的特性を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度の研究進捗に合わせた新しい有機材料の購入や表面の物理的・化学的状態の委託分析等を行う予定のため、本年度の研究費を次年度に繰り越した。本申請における研究費は、研究計画・方法で述べた実験・測定に必要な部材の購入に要する費用に充てる。物品費は、プラズマ源を改良するための特注の真空部品や、気相測定や薄膜の物性測定を行う部材、有機材料基板のための使用する製膜用材料や薬品、および高純度ガスの購入に要する費用に充てる。 旅費等の細目に計上した経費は、本研究の成果を論文ならびに国内外の会議において発表するため要する投稿料、旅費に充てる。
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