リモート式大気圧プラズマ法による硬質シリカ系薄膜の合成と物性解析

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では，大気圧プラズマ法によりシリカ系薄膜（SiOCH）を透明樹脂基材（ポりカーボネート：PC）上に作製するのが最終目的である。大気圧プラズマ法では、電極間の距離が狭く（1－3ミリメートル）、基材を電極間に挿入するダイレクト式ではフィルムしか被覆できない致命的な課題がある。この課題を克服して、リモート式大気圧プラズマ法で良質のシリカ膜を合成し、また膜成長プロセスを解明し、最終的には「新しい装置デザイン」を提案するのが本研究全体の目標である。過去の研究では、シリコン基板上に作製したSiOCH膜の硬さは約４GPaであり、通常のガラスの硬さ、約7GPaに近づいている。2022年度は、ペットボトル表面にシリカ系薄膜を合成することで、ボトル本体のガスバリア性（酸素や二酸化炭素などの気体が透過しない程度を示す指標）を向上させることを目的とした。成膜装置は、対向した電極間にガスを流入し、電圧を印加することでプラズマを発生させて薄膜を合成する構造となっているが、従来の装置では電極長さの変更ができず、電極長さの最適化が不可能であった。また、ガス温度が低温であるためプラズマの活性が低い状態であり、薄膜の密度が十分でなかった。そこで2022年度は、1．電極長さが可変、２．ガスの高温化（ガス通路を高温電極真横に設定）、の2点が実現する装置を新たに設計・製作した。新装置を用いた実験では、噴射ガス温度が従来装置44℃から新装置77℃（PETが変形しない限界温度）まで上昇したことが確認でき、成膜した薄膜はガスバリア性（水蒸気透過率測定装置）、Si含有割合（EDX）、密着性（スクラッチ試験機）の3つの評価項目（括弧内は測定方法）において従来装置を用いた場合よりも優れていた。