2016 Fiscal Year Annual Research Report
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15H02297
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
杉村 博之 京都大学, 工学研究科, 教授 (10293656)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
一井 崇 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30447908)
宇都宮 徹 京都大学, 工学研究科, 助教 (70734979)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 異種接合 / 真空紫外光 / 表面処理 / 自己集積化単分子膜 / 光化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子材料と無機材料の表面接合に関する研究を実施した。表面接合とは、改質した接合部材表面同士を圧着するだけで、接着剤を用いずに低温で接合するプロセス技術である。具体的には、シリコンとシクロオレフィンポリマーの接合実験を行った。シリコンは表面化学エッチングにより原子レベルの平坦性を担保した（以降、平滑シリコンと呼ぶ）試料を用いた。ポリマー表面は、真空紫外（Vacuum Ultra-Violet, VUV）光照射プロセスによって改質し濡れ性と接着性を改善し（以降、VUVポリマーと呼ぶ）実験に供した。
100℃程度のガラス転移点以下の低温で、改質面同士を圧着するだけで、VUVポリマー部材が接合できることをこれまでの研究で明らかにし、実際にプラスチック部品製造へと実用化しているが、これが、本研究の技術基盤の一つとなっている。昨年度の研究で、無機材料表面に有機単分子膜を被覆しポリマーと同様にVUV処理することで、VUVポリマーの接着性と類似の接着性を無機材料表面に付与できることを実証した。しかし、無機材料表面に存在する少なくない凹凸のため、100℃前後まで加熱してVUVポリマーを一定程度熱変形させないと接合強度を確保できなかった。その結果、有機材料と無機材料の熱膨張係数の差に起因する熱応力に剥離が生じ、厚みが20～30μm程度の極薄ポリマーシートでなければ接合できないことが課題であった。
本年度は、表面凹凸を極小化（表面粗さ1nm以下）することで、接合温度の低下を目指した。原子レベルの平滑面を有する平滑シリコンであれば、VUVポリマーとの接合が室温でも可能であることを実証した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
無機材料表面の凹凸制御－平滑化が、有機無機機種接合を低温化するカギとなると想定し、研究を進めていたが、実際に、原子レベル平坦面を有する平滑シリコンを無機材料基板として用いることで、室温での接合に成功した。接合温度の低温化という観点では、期待どおりの成果を挙げることができた。しかし、接合強度の定量的評価と接合界面での反応化学に関する考察がまだ不十分である。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である本年度は、これまでの成果に基づき、以下の２項目について研究を実施し、常温ー有機／無機異種接合における界面の化学的相互作用と接合機構に関する知見を得る。
１）定量的接合強度評価
VUVポリマーと平滑シリコンの接合強度を定量評価し、接合条件と接合強度の関係を明らかにする。これまでは、熱応力のために極薄VUVポリマーしか接合できなかった。接合後に剥離強度の測定を試みたが、ポリマーシート厚が薄すぎるため機械的強度が不足し、剥離試験でポリマーシートが破断してしまい、接合強度の定量評価ができなかった。常温接合に成功したことで、より厚みの有るポリマーシートの接合が可能になり、ポリマーが破断せずに測定できる接合強度範囲が広がった。
２）化学的相互作用の検証
平滑シリコン表面に各種反応性官能基を植付け（自己集積化単分子膜被覆を利用する）、その種類および密度と、VUV処理条件等の表面活性化条件と接合強度の関係を調査する。平滑表面試料を用い、常温で接合することによって、表面凹凸および熱応力の影響を極小化することで、接合界面での化学的相互作用に関する情報を抽出する。
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Research Products
(11 results)
