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

基于氟烷基修饰POSS合成的原子氧抗材料分子设计优化

基本信息

批准号：
21K04494
负责人：
行松和輝
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

原子氧（AO）存在于低地球轨道中，众所周知，聚合物材料会导致与AO碰撞引起的侵蚀和降解。在这项研究中，我们专注于含有硅氧烷的材料（POSS材料）（一种有机无机杂交材料）中有机官能团的化学结构，以创建新的抗AO抗抗性材料。通过阐明POSS材料与不同有机官能团和AO之间的反应量，我们旨在优化POSS材料的分子设计作为AO抗材料。这项研究包括两个部分：1）：1）：POSS材料有机单位化学结构对AO反应的化学结构的影响，以及2）：新型AO耐药物质的设计，合成和评估。 In 2022, as part 1, POSS materials with fluoroalkyl or alkyl groups were synthesized, films were formed on a Si substrate, and data on reaction amounts with AO were acquired as part of the item 1. These samples were irradiated with AO, and the amount of mass change, surface condition, and silica formation thickness were evaluated using electronic balance, XPS analysis, TEM analysis, optical microscope observation, and SEM observation, 分别。结果，已经证实，氟烷基POSS的质量损失量和二氧化硅的形成厚度往往更大。因此，发现POSS材料的反应量不能基于有机官能团的AO侵蚀速率确定。作为一个因素，XRD测量是在膜形成的薄膜上进行的，因为POSS材料的无机骨架之间的距离具有效果。结果，在平面方向上无机骨骼结构之间具有更大距离的材料往往具有更大的二氧化硅形成厚度。此外，作为项目2的一部分，我们还开始研究新材料的合成，考虑到聚酰亚胺的涂层，并评估与AO的反应量。我们计划从明年开始继续进行评估。