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構造色は微細構造における光の散乱や干渉によって発色するもので、色素等とは発色メカニズムが全く異なる色材として注目されている。粒子集積体による構造発色性材料はその代表例であるが、構造安定性が乏しく、耐熱性が低いことが実用を目指す上で問題であった。本研究課題では、耐摩擦特性を有し、かつ高温環境でも色調が変わらない「ロバスト」な構造色コーティング膜の作製手法の開拓に挑戦することを目的としている。
前年度までは構造発色性電着膜の耐摩擦性と耐熱性の向上をターゲットとして研究を遂行した。電着による粒子堆積膜作製時にバインダーとなるMg(OH)2を同時電析させることで高い耐摩擦性を有するコーティング膜が得られることを明らかにした。コーティング膜の構造発色性の耐熱性向上についても取り組んだ。粒子堆積型コーティングで鮮やかな構造発色を実現するためには光の多重散乱を吸収する黒色物質の添加が必要であるが、これまで主に用いてきたカーボンブラックやFe3O4はいずれも高温でその黒さを失ってしまう。そこで添加する黒色物質として耐熱性を有する材料の探索を行った。
2021年度には、前年度に合成した耐熱性を有する各種黒色物質を用いた粒子堆積膜の構造発色性の耐熱限界温度の比較を行った。Ca-Mn系金属酸化物を用いた場合、黒色物質そのものは1000℃以上の耐熱性があるが、これを添加した粒子堆積膜の構造発色は700℃までは維持されるが、それを超えると変色した。解析の結果、SiO2粒子が黒色物質中のCa成分と反応してCaSiO3を生成することでSiO2粒子の球形が黒色物質と接している部分で変形してしまうことがその要因であることが分かった。この結果を踏まえ、CaなどのSiO2と反応しやすい元素を含まない金属酸化物黒色物質を用いたところ、SiO2粒子そのものが軟化変形する温度域まで構造発色を維持できることが分かった。
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