Preparation of high durable super-hydrophobic composite films by microwave plasma CVD

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K05037
• Research Institution: Kanto Gakuin University
• Principal Investigator: 高井 治 関東学院大学, 材料・表面工学研究所, 特別顧問 (40110712)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 稗田 純子 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40566717) ; 上野 智永 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20611156)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 超撥水 / マイクロ波プラズマCVD法 / アモルファス炭素 / 耐久性

Outline of Annual Research Achievements

マイクロ波プラズマCVD法を用いた高耐久性超撥水膜の作製を目指して、これまで、シリカ粒子の添加とゾルゲル法を組み合わせた表面形状制御やマイクロ波プラズマCVD法を用いた硬質アモルファス炭素膜の作製を試みた。前年度、マイクロ波プラズマCVD法により作製した膜は柔らかいポリマー状で、プラズマの生成領域と基板の設置距離やメタン/アルゴンガスの流量比を調整することで、アモルファス炭素を含んだ膜を作製することができた。しかし、現在の電源の出力では、マイクロ波プラズマCVD法により硬質のアモルファス炭素膜を作製することは難しいと考え、今年度は高周波(RF)プラズマCVD法によるアモルファス炭素膜の作製を行い、作製条件と構造および表面のぬれ性との関係について調査・検討を行った。マイクロ波プラズマCVD装置のチャンバー内に、新たに設計・製作した電極を設置し、RF出力100～250Wでプラズマを生成させ、メタンを原料ガスとしてアモルファス炭素膜を作製した。これまでのマイクロ波プラズマCVD法により作製した膜とは異なり、撥水性の硬質アモルファス炭素膜を作製することができた。さらに、RF出力などの成膜条件とアモルファス炭素膜の構造および水滴接触角・表面自由エネルギーとの関係を明らかにした。これまでの研究で作製した表面形状を制御したシリカ膜上に、RFプラズマCVD法により作製したアモルファス炭素を成膜することで、高耐久性超撥水膜が作製可能である。ただし、マイクロ波プラズマCVD法で作製した膜の方が軟質だが、撥水性が若干高いため、RFプラズマとマイクロ波プラズマを適度に組み合わせることで、耐久性と撥水性両方に優れる膜が作製できる可能性がある。