| 研究概要 |
(1)異種元素分散による構造制御(実験):本年度は,DLc膜中にシリコン原子を分散させることでsi添加DLc膜(以下si-DLc膜)を作成し,その構造はラマン分光分析,機械特性毬超微小硬さ試験,摩擦摩耗試験を用いて調べた.Si-DLC膜はイオン化蒸着法によってシリコン基板上に成膜した.原料ガスにトルエンとテトラメチルシランを用いてその流量比を変えることでシリコンの含有量を変化させた.シリコンと水素含有量が増加とともにSi-DLC膜のポリマー化が進み硬さが低下し,表面はなめらかになることがわかった.また,シリコン添加とともに膜表面に形成されるシリコン酸化物が相手材に移着を起こし,摩擦係数は減少することがわかった.ラマン分光分析による構造解析の結果,シリコン添加のともに膜中に形成されるsp2クラスターのサイズが減少することで,G-ピークは高波数側にシフトし,Id/Ig比率は,減少することがわかった.
(2)異種元素分散による構造制御(分子シミュレーション):平面波密度汎関数法を用いて,a-C,a-C:H,a-C:Si,a-C:Si:且構造を作成し,構造の解析を行ったところ,構造中にはほとんどSi-Si結合がないことが明らかになった.また,同一密度下においてはSi含有率が高いほどa-C:Si,a-C:Si:Hの体積弾性率に低下することを及ぼすことを明らかにした.
(3)異種元素分散による吸着性制御(実験)=本年度は,DLC膜中にシリコン原子を分散させることで,有機分子の吸着特性の変化を原子間力顕微鏡を用いて調べた.DLC膜・Si-DLC膜は,イオンビームスパッター,プラズマ利用イオン注入・成膜法を用いて作成した,有機分子の吸着特性は,1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltrichlorosiane(FDTS)をDLC膜またはSi-DLC膜上に浸漬法で吸着し,自己組織化単分子膜を形成することで調べた.FDTSは有機シラン化合物で,同種の分子間でシロキサン結合(Si-0-Si)の架橋構造を形成する.浸漬後,物理吸着した分子,凝集体を取り除くために超音波洗浄を行った.炭素のみのDLC膜(a-C)上でのSAMsの形成では、浸漬初期に島状構造が出来上がり、それが成長すると同時に、新たな島がDLC表面露出部分に形成され、結果として島の密度が増加する。しかし、スパッタリングによって膜質にムラがあり、不対電子密度が高い部分では凝集が起こりやすい。また、空隙などもできやすく密度の高いSAMsの形成は困難であることが分かった。一方,シリコンを分散させたSi-DLc膜の場合,(1)膜形成後期において,島の密度が上がり膜上の表面形態となって表面粗さが基板と同程度の0.1nm程度となると,膜厚がほぼ単分子長さで直立した状態に近い状態で分子が配列する,(2)シリコン含有量の増加に伴い吸着サイトが増えて膜の形成速度が速くなるとともに,DLC膜-SAMsの境界が安定化して摩擦特性が向上することがわかった.
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