リモート式大気圧プラズマ法による硬質シリカ系薄膜の合成と物性解析

远程常压等离子体法硬质二氧化硅薄膜的合成及物性分析

基本信息

批准号：
22K04781
负责人：
鈴木哲也
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，大気圧プラズマ法によりシリカ系薄膜（SiOCH）を透明樹脂基材（ポりカーボネート：PC）上に作製するのが最終目的である。大気圧プラズマ法では、電極間の距離が狭く（1－3ミリメートル）、基材を電極間に挿入するダイレクト式ではフィルムしか被覆できない致命的な課題がある。この課題を克服して、リモート式大気圧プラズマ法で良質のシリカ膜を合成し、また膜成長プロセスを解明し、最終的には「新しい装置デザイン」を提案するのが本研究全体の目標である。過去の研究では、シリコン基板上に作製したSiOCH膜の硬さは約４GPaであり、通常のガラスの硬さ、約7GPaに近づいている。2022年度は、ペットボトル表面にシリカ系薄膜を合成することで、ボトル本体のガスバリア性（酸素や二酸化炭素などの気体が透過しない程度を示す指標）を向上させることを目的とした。成膜装置は、対向した電極間にガスを流入し、電圧を印加することでプラズマを発生させて薄膜を合成する構造となっているが、従来の装置では電極長さの変更ができず、電極長さの最適化が不可能であった。また、ガス温度が低温であるためプラズマの活性が低い状態であり、薄膜の密度が十分でなかった。そこで2022年度は、1．電極長さが可変、２．ガスの高温化（ガス通路を高温電極真横に設定）、の2点が実現する装置を新たに設計・製作した。新装置を用いた実験では、噴射ガス温度が従来装置44℃から新装置77℃（PETが変形しない限界温度）まで上昇したことが確認でき、成膜した薄膜はガスバリア性（水蒸気透過率測定装置）、Si含有割合（EDX）、密着性（スクラッチ試験機）の3つの評価項目（括弧内は測定方法）において従来装置を用いた場合よりも優れていた。

这项研究的最终目标是利用常压等离子体方法在透明树脂基板（聚碳酸酯：PC）上制造二氧化硅基薄膜（SiOCH）。在大气压等离子体法中，电极之间的距离很窄(1-3mm)，而将基板插入电极之间的直接法存在只能覆盖薄膜的致命问题。这项研究的总体目标是克服这一问题，利用远程常压等离子体方法合成高质量的二氧化硅薄膜，阐明薄膜生长过程，并最终提出一种“新设备设计”。过去的研究表明，在硅衬底上制备的SiOCH薄膜的硬度约为4GPa，接近普通玻璃的硬度，约为7GPa。 2022财年，目标是通过在瓶体表面合成二氧化硅基薄膜，提高瓶体的阻气性（氧气和二氧化碳等气体不透过瓶体的程度的指标）。聚酯瓶。薄膜沉积设备具有气体在相对的电极之间流动并施加电压以产生等离子体并合成薄膜的结构，但在传统设备中，无法改变电极长度。另外，由于气体温度低，等离子体活性低，薄膜的密度不足。因此，2022 年，1。可变电极长度；2.我们设计并制造了一种新装置，它实现了以下两个目标：提高气体的温度（气体通道设置在高温电极旁边）。在使用新装置的实验中，证实了注射气体温度从传统装置中的44℃上升到新装置中的77℃（PET不变形的极限温度）、Si含量（EDX）、和附着力（划痕测试仪），在三个评价项目（测量方法在括号内）中优于使用传统设备的结果。