階層的マイクロ/ナノ構造アレーをもつ生体模倣表面の作製と物性

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H19年度は主に、サイズの揃ったポリマー粒子が規則配列した構造をスピンコート法により作製し、この規則構造を利用して酸化チタンの階層的マイクロ/ナノ構造アレーをパルスレーザーアブレーション法により作製し、その機能特性を測定した。その作製法は、まず単分散ポリスチレン球体分散液をスピンコーティングによりシリコン基板上に展開してPS単層コロイド結晶を自己集合的に作製し、これを基板として用い数十mTorr程度の酸素圧力雰囲気下でレーザー蒸着を行うことで酸化チタン柱状組織を得た。この柱状組織はナノ粒子凝集体から構成され、調製時の雰囲気圧力の増加に伴って、凝集体の密度が低下した。H20年度では、このような構造を650℃空気中で熱処理することにより生成する構造について研究を進めた。熱処理により、結晶状態はアモルファスからアナターゼに変化し、この熱処理過程でTiO_2ピラーの下に付いているPS球は完全に除去された。さらにこの熱処理の過程で、酸化チタンは熱収縮を起こしてサイズが小さくなり、粒子間に規則的なギャップが配列した構造が形成することがわかった。すなわちポリマー粒子の大きさと雰囲気圧力を制御することで、酸化チタン粒子集合体の繰り返し周期とギャップ間距離を制御できることがわかった。このような構造はぬれ性でも興味ある特性を示すが、電界放射特性でも構造を反映した変化を示すことがわかった。すなわち、繰り返し周期が小さくギャップ間距離が離れているほど高い電界放射特性を示すことがわかった。