高密度環境プラズマが拓く二次元ヘテロ構造材料の新展開

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本研究課題では有機／無機複合材料で用いられる機能性フィラーについて、その表面に異種層を形成することで優れた分散性と新たな機能性を発現させるハイブリッドナノフィラーを着想し、液中プラズマプロセスを用いたその合成・実現を目的とした。実験では、熱伝導性フィラーである六方晶窒化ホウ素(hBN)粒子を対象とし、ヒドロキノン水溶液中プラズマ処理による表面アモルファスカーボン層の形成とそれによる粒子表面特性の改善を試みた。形成したカーボン層はその表面電位によってhBN粒子の分散性を改善させるだけでなく、カーボン層を介したイソシアネート基等の官能基の修飾も可能にすることが昨年度までの研究で明らかになった。最終年度である本年度は、作製されたアモルファスカーボン層を有するhBN粒子についての分析結果を論文としてまとめるとともに、本研究で見出されたこのハイブリッドナノフィラーとポリロタキサンを結合させて作製する架橋フィラーコンポジットの創出にも取り組んだ。架橋フィラーコンポジットはhBN由来の熱伝導性を維持しつつ、表面修飾官能基が強固なフィラー／ポリマー間相互作用をもたらすため、併せてポリマー間架橋密度を調整することで強靭・柔軟なコンポジットを開発することができ、論文として発表も行った。またhBN粒子表面のアモルファスカーボン層がもたらす表面電荷密度と分散メカニズムへの影響について表面電位から考察し、国際シンポジウム(日本MRS学会)にて発表し奨励賞も受賞した。以上のように、本研究課題が目標としたハイブリッドナノフィラーの実証について、液中プラズマを用いてカーボン層修飾hBNを作製することで実現し、高い機能性を持つ新規複合材料の開発まで実施することができた。