フルオロアルキル基修飾POSS合成を基軸とした耐原子状酸素性材料の分子設計最適化

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地球低軌道には原子状酸素（AO）が存在し、高分子材料はAOとの衝突により、浸食・劣化が起こることが知られている。本研究では、新規耐AO性材料の創出に向け、有機無機ハイブリッド材料であるシルセスキオキサン含有材料（POSS材料）の有機官能基の化学構造に注目した。異なる有機官能基をもつPOSS材料とAOとの反応量を明らかにすることで、POSS材料の耐AO性材料としての分子設計の最適化を目指している。本研究は、①：POSS材料の有機ユニットの化学構造の違いがAOとの反応に与える影響評価、②：新規耐AO性材料の設計・合成・評価の２つから構成される。2022年度は項目①として、フルオロアルキル基またはアルキル基をそれぞれ修飾したPOSS材料を合成、Si基板に成膜し、AOとの反応量データの取得を引き続き実施した。これらの試料に対して、AO照射を行い、照射に伴う質量変化量や表面状態およびシリカ形成厚さを、それぞれ電子天秤、XPS分析やTEM分析、光学顕微鏡観察やSEM観察にて評価した。その結果、同一程度のフルエンスにおける質量減少量やシリカ形成厚さは、フルオロアルキルPOSSの方が大きい傾向が確認された。そのため有機官能基のAO浸食率のみで、POSS材料の反応量を決定できないことが分かった。この要因として、POSS材料の無機骨格間距離が影響を与えていると考え、成膜した薄膜のXRD測定を行った。その結果、面内方向の無機骨格間距離が大きい材料の方が、シリカ形成厚さが大きい傾向が見られた。これに加えて、項目②として、ポリイミドに対する塗布性を考慮した新規材料の合成の検討や、AOとの反応量評価にも一部着手した。次年度以降も引き続き、評価を実施する予定である。