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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。

This year, we have developed the VUV method for surface treatment. The VUV method uses vacuum ultraviolet light with a wavelength of 172nm to photodissociate O2 and H2O molecules, select the active species of OH and O, and irradiate the surface quantitatively. OH, O, O3 are selected to control the water contact angle on PP surface. Water contact angle, active species surface, PP surface, and the amount of added acid-based active species can be estimated by various methods. The results showed that the amount of active species supplied and the decrease of water contact angle were determined quantitatively. This study was conducted using ATR-FTIR to determine the surface functional groups, OH groups, C=O groups, OH and O supply, increase and saturation, and to determine the threshold of OH and O supply for surface modification under supply conditions. Comparison of XPS measurements and ATR-FTIR results The surface modification of O3 is not a problem. The VUV method is based on the development of the mobile phone. The CO2-VUV method has been successfully developed by adding O2 and H2O, photodissociation of CO2 molecules and generation of O atoms, and irradiation of O atoms at high concentrations by O2-VUV method. CO2-VUV method for the development of new technologies and test methods