Measurement and modeling of surface reaction of reactive species in surface treatment using atmospheric pressure plasma

使用大气压等离子体进行表面处理中活性物质的表面反应的测量和建模

基本信息

批准号：
22K18789
负责人：
小野亮
金额：
$ 4.08万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は主に、我々が開発したVUV法を用いてポリマーの表面処理の実験を行った。VUV法は波長172nmの真空紫外光を用いてO2やH2O分子を光解離し、OHやOなどの活性種を選択的に、かつ定量的に表面に照射する手法である。OH、O、O3を選択的に制御してポリプロピレン（PP）表面に照射したときの、PP表面の水接触角の変化を測定した。水接触角は、活性種表面反応でPP表面に付加された酸素系活性種の量を推定するのに一般に用いられる手法である。その結果、OはOHよりも数倍速く表面に酸素系官能基を付加することが分かり、これら活性種の供給量と水接触角の減少を定量的に測定することに成功した。本研究費で購入したATR-FTIRを用いて表面官能基の測定も行い、-OH基やC=O基がOHやOの供給量ととにも増加および飽和することを示し、過剰な供給下では表面改質に望ましくない低分子酸化物が生成される様子や、その生成に要するOHやOの供給量閾値を測定することに世界で初めて成功した。表面のXPS計測も行い、ATR-FTIRの結果との比較も行っているところである。また、O3は従来から表面改質には効果が無いと考えられてきたが、条件によってはO3が大きく表面改質に貢献することを示すこともできた。VUV法そのものの開発も継続して行った。従来用いていたO2とH2Oに追加して、CO2分子を光解離してO原子を生成するCO2-VUV法を開発し、従来のO2-VUV法よりも高濃度のO原子を照射することに成功した。CO2-VUV法のシミュレーションの開発および検証も平行して行った。

今年，我们主要使用我们开发的VUV方法对聚合物进行了表面处理实验。 VUV方法是一种技术，其中使用真空紫外线将O2和H2O分子与波长为172 nm的真空紫外线进行了散热，并且OH和O等活性物种被选择性地和定量辐照到表面上。测量OH，O和O3时，通过测量OH，O和O3的选择性控制PP表面的水接触角变化。水接触角是一种常用的技术，用于估计活性物种表面反应期间添加到PP表面上的基于氧气的活性物种的量。结果，发现O在表面上增加了基于氧气的官能团比OH的速度快几倍，并定量测量了这些活性物种的供应量的减少和水接触角。还使用为这项研究的资金购买的ATR -FTIR对表面官能团进行测量，并表明-OH组和C = O组增加了OH和O的数量，并且是世界上首次成功测量低分子氧化物状态，对于过度供应和OH供应而言，对于过多的供应量和OH供应的Theheshold值而言，对于表面修饰而言，并且对OH和O OH供应不可估量。我们还测量了表面XPS并将其与ATR-FTIR结果进行比较。此外，尽管以前认为O3的表面修饰无效，但还显示O3在某些条件下有助于表面修饰。 VUV方法本身的发展也在继续。除了常规的O2和H2O外，还开发了CO2-VUV方法，该方法可将二氧化碳分子产生O原子，并且能够以高于常规的O2-VUV方法照射O原子。并行进行CO2-VUV模拟的开发和验证。