ナノ力学計測に基づくVUV光活性化高分子接合の原理解明

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高分子材料表面に酸素含有雰囲気下で真空紫外 (Vacuum ultraviolet; VUV) 光を照射すると，真空紫外光により活性化された酸素 (原子状酸素やオゾンなど) により材料表面が酸化・親水化される．この親水化表面同士を圧着し，そのまま室温で保持あるいは母材の軟化点以下の低温で加熱することで，高分子材料を接合できる (VUV光活性化接合)．本手法は接着剤フリーかつ，熱変形のない接合技術という優れた特徴を持つが，その原理・メカニズムについてはまだ未解明な点が多い．本課題では，原子間力顕微鏡 (Atomic Force Microscopy) を用いたナノ力学計測に基づき，本手法の原理解明を行うことを目的に、研究を進めている．2022年度は、前年度取り組んだ弾性率計測に加え、AFMフォースカーブ計測による凝着力計測に取り組んだ。高分子材料としては、引き続きシクロオレフィンポリマー (COP) を用いた。VUV照射部と非照射部のマイクロパターンをフォトマスクを用いたマイクロ加工により形成し、同一探針による凝着力の差を評価した結果、押し込み深さが浅い場合 (~1 nm)では凝着力に差が見られず、押し込み深さを増やすにつれて (10 nm程度) 照射部において凝着力が増加することが明らかとなった。これと前年度の結果とあわせて考察すると、VUV照射された試料最表面では、一般に接合に有効であると考えられる弾性率低下・凝着力上昇が確認されず、より深い領域での凝着力上昇が接合に寄与している可能性が示唆された。