JP4691664B2

JP4691664B2 - Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法及びデバイス

Info

Publication number: JP4691664B2
Application number: JP2007191030A
Authority: JP
Inventors: 昌幸大越; 成美井上
Original assignee: 防衛省技術研究本部長
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2027-07-23
Also published as: JP2009024132A

Description

本発明は、材料の改質法及びその改質法により作製されるデバイスに係り、特にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物内部にシリカガラス（ＳｉＯ₂）層の形成を位置選択的並びに空間選択的に行うことが可能なＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法及びデバイスに関する。

従来より、例えばオプトエレクトロニクス、フォトニクス、バイオ／メディカル或いは福祉工学分野において、屈折率の違いなどを利用して光信号を導く光導波路デバイスは必要不可欠である。そして、現在の光導波路デバイスは、ケイ素（Ｓｉ）やシリカガラス（ＳｉＯ₂）などリジッドな基体上に形成されることが多い。

しかしながら、従来の光導波路デバイスでは、リジッドな基体に形成されることが多いため、デバイスの軽量性、耐衝撃性、耐候性、フレキシブル性などの点を十分に満足することができず使用に制限があった。そのため、フレキシブル性を有する基体内部に対して導波路を位置選択的並びに空間選択的に形成することのできる新規のフレキシブル光導波路デバイス及びその製造法の確立が望まれていた。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、フレキシブルなＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物内部にシリカガラス層を位置選択的並びに空間選択的に形成可能としたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法及びデバイスを提供することを目的とする。

以下、本発明のその他の目的や新規の特徴については、後述の実施の形態において明らかにする。

上記した目的を達成するために、請求項１記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法は、波長１９０ｎｍ以下の光を照射した状態で、当該光の波長以上の波長を有する第２のレーザ光を集光照射してシリカガラス層を形成することを特徴としている。

また、請求項２記載のデバイスは、請求項１記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法により、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物内部にシリカガラス層が形成されたことを特徴としている。

また、請求項３記載のデバイスは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の表面に、波長１９０ｎｍ以下の光を照射した状態で、当該光の波長以上の波長を有する第２のレーザ光を集光照射してシリカガラス層を形成した後、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物で被覆することを特徴としている。

本発明によれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部に、所望の箇所にシリカガラス層を位置選択的並びに空間選択的に形成することにより、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物を基礎とした新規フレキシブル光導波路デバイス及びロボット用人工皮膚の作製法を確立することができる。すなわち、オプトエレクトロニクス、フォトニクス、バイオ/ メディカルあるいは福祉工学分野でのデバイス作製の基盤技術として利用可能であるなど、多機能マイクロ/ ナノデバイス作製のための必要不可欠な技術となる。また本発明によって、これら分野にとどまらず、今後マイクロ・ナノマシーニング技術を利用して発展するデバイス作製の分野に多大に利用可能である。

以下、本発明に係るＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法、デバイス作製法及びロボット用人工皮膚を実施するための最良の形態について、添付する図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法を説明するための説明図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法を説明するための説明図であり、図３（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法を説明するための説明図であり、図４（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る第４形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法を説明するための説明図である。

まず、図１を参照しながら、本発明に係る第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法について説明する。第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としてシリコーン１を用い、このシリコーン１に照射するレーザ光として波長が１９０ｎｍ以下である第１のレーザ光２をシリコーン１の所定箇所に位置選択的並びに空間選択的に照射することでシリコーン１の内部改質を行ってシリカガラス層４を形成する方法である。

具体的に説明すると、図１（ａ）に示すように、シリコーン１の所定箇所に対して第１のレーザ光２を集光レンズ３を介して集光照射する。次に、図１（ｂ）に示すように、所望の箇所を改質するため、シリコーン１又は集光レンズ３を相対的に移動させながらシリコーン１の内部改質を行い、図１（ｃ）に示すように集光照射された部分のみを光化学的に反応させてシリカガラス層４に改質している。

次に、図２を参照しながら、本発明に係る第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法について説明する。第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としてシリコーン１を用い、このシリコーン１に対して波長が１９０ｎｍ以下の第１の光５（例えばランプ等の光のように、レーザ光よりも比較的弱い光を指す）を照射した状態で、第１の光５の波長以上の波長を有する第２のレーザ光６をシリコーン１の所定箇所に位置選択的並びに空間選択的に併用照射することでシリコーン１の内部改質を行ってシリカガラス層４を形成する方法である。

この第２形態では、波長が１９０ｎｍ以下の第１の光５を照射した状態で波長が１９０ｎｍ以上の第２のレーザ光６を集光照射することで、第２のレーザー光６がシリコーン１の内部まで透過するため、第１形態よりもより深い部分でシリコーン１の内部改質を行うことができる。

具体的に説明すると、図２（ａ）に示すように、シリコーン１の所定箇所に対して一様に第１の光５を照射した状態で第２のレーザ光６を集光レンズ３を介して集光照射する。次に、図２（ｂ）に示すように、所望の箇所を改質するため、第１の光５及び第２のレーザ光６を照射したまま、シリコーン１又は集光レンズ３を相対的に移動させてシリコーン１の内部改質を行い、図２（ｃ）に示すように集光照射された部分のみを光化学的に反応させてシリカガラス層４に改質している。

なお、上記第１、第２形態におけるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質方法では、不図示の移動手段によりシリコーン１又は集光レンズ３を精密に三次元的に微動可能とすることで、結果的にレーザー２が精密に三次元的に走査されるように制御されている。

次に、図３を参照しながら、本発明に係る第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法について説明する。第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としてシリコーン１を用い、このシリコーン１の表面に対して波長が１９０ｎｍ以下の第１のレーザ光２を照射してシリカガラス層４を形成した後に、そのシリカガラス層４形成面にシリコーン１を被覆することで、結果的にシリコーン１の内部改質を行うことと同等の効果が得られる方法である。

具体的に説明すると、図３（ａ）に示すように、シリコーン１の所定箇所に対して第１のレーザ光２を集光レンズ３を介して集光照射する。次に、図３（ｂ）に示すように、所望の箇所を改質するため、シリコーン１又は集光レンズ３を相対的に移動させながらシリコーン１の表面に照射し、この集光照射された部分のみを光化学的に反応させて改質してシリカガラス層４を形成する。そして、図３（ｃ）に示すように、シリコーン１をシリカガラス層４が形成された面に被覆することで、図３（ｄ）に示すように、第１、第２形態と同様に、シリカガラス層４がシリコーン内部に形成された形状となる。

次に、図４を参照しながら、本発明に係る第４形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法について説明する。第４形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物としてシリコーン１を用い、このシリコーン１の表面に対して波長が１９０ｎｍ以下の第１の光５を照射した状態で、第１の光５の波長以上の波長を有する第２のレーザ光６を併用照射してシリカガラス層４を形成した後に、そのシリカガラス層４形成面にシリコーン１を被覆することで、結果的にシリコーン１の内部改質を行うことと同等の効果が得られる方法である。

具体的に説明すると、図４（ａ）に示すように、シリコーン１の所定箇所に対して第１のレーザ光２を集光レンズ３を介して集光照射する。次に、図４（ｂ）に示すように、所望の箇所を改質するため、シリコーン１又は集光レンズ３を相対的に移動させながらシリコーン１の表面に照射し、この集光照射された部分のみを光化学的に反応させて改質してシリカガラス層４を形成する。そして、図４（ｃ）に示すように、シリコーン１をシリカガラス層４が形成された面に被覆することで、図４（ｄ）に示すように、第１、第２形態と同様に、シリカガラス層４がシリコーン内部に形成された形状となる。

なお、第３、第４形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法では、シリコーン１の表面にシリカガラス層４を形成した後に、そのシリカガラス層４形成面に新たなシリコーン１を被覆するが、例えば何も形成されていないＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物や、予めシリカガラス層４が形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物など、シリカガラス層４がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部に形成された状態となれば、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の種類や構成は特に限定されない。

このように、上述した第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法によれば、波長が１９０ｎｍ以下のレーザー光をシリコーン１等のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部における所望の改質箇所に集光照射するだけで、位置選択的並びに空間選択的にシリカガラス層４を自在に形成することができる。

また、第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法によれば、波長が１９０ｎｍ以下の第１の光５を一様に照射した状態で、それ以上の波長の第２のレーザ光６をシリコーン１等のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部における所望の改質箇所に集光照射するだけで、第１形態と同様に位置選択的並びに空間選択的にシリカガラス層４を自在に形成することができる。

さらに、第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法によれば、波長が１９０ｎｍ以下の第１のレーザ光２をシリコーン１の表面にシリカガラス層４を形成した後に、そのシリカガラス層４形成面にシリコーン１を被覆する。これにより、第１、第２形態と同様に位置選択的並びに空間選択的にシリカガラス層４を形成することと同等の効果を奏することができる。

また、第４形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法によれば、波長が１９０ｎｍ以下の第１の光５を照射した状態で、第１の光５の波長以上の波長を有する第２のレーザ光６をシリコーン１の表面に併用照射してシリカガラス層４を形成した後に、そのシリカガラス層４形成面にシリコーン１を被覆する、これにより、第１、第２形態と同様に位置選択的並びに空間選択的にシリカガラス層４を形成することと同等の効果を奏することができる。

以下、各形態におけるＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法により作製したデバイスについて各実施例に基づき詳述する。なお、下記の各実施例は、本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

〔実施例１〕
第１形態における実験概略構成として、第１のレーザー２を波長１５７ｎｍのＦ₂レーザーを用いた。レーザー照射部分でのエネルギー密度は、約１０ｍｊ／ｃｍ²／ｐｕｌｓｅ一定とした。また、パルス繰り返し周波数は１０Ｈｚ一定とした。シリコーン１はゴム状のものを用い、その厚さは０．５ｍｍ及び２ｍｍとし、実験は大気中で行った。

〔実施例２〕
第２形態の実験概略構成において、第１の光５として、波長１７２ｎｍのエキシマランプを、第２のレーザ光６として、波長７９０ｎｍ、パルス幅１３０ｆｓのモードロックチタンサファイアレーザーを再生増幅したものを用いた。レーザー照射部分でのエネルギー密度は、約１ｍＪ／ｃｍ²／ｐｕｌｓｅ一定とした。また、パルス繰り返し周波数は１ｋＨｚ一定とした。シリコーン１はゴム状のものを用い、その厚さは０．５ｍｍ及び２ｍｍとし、実験は大気中で行った。

実施例１及び実施例２の何れの場合であっても、レーザー照射領域は炭素混入のないシリカガラス層４に改質されていることが、フーリエ変換赤外分光分析及びＸ線光電子分光分析により判明した。

また、実施例１及び実施例２の何れも、形成したシリカガラス細線は、波長６３５ｎｍ及び１５５０ｎｍの光を導波させることが判明した。波長１５５０ｎｍでの光伝送損失は、１ｄＢ／ｃｍ以下であることが判明した。

本発明によって作製されるデバイスは、従来困難とされてきたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物内部へのシリカガラス層４の形成を、位置選択的並びに空間選択的に行うことが可能となるため、例えばロボット用人工皮膚の神経として機能させることも可能である。これにより、光子一つ一つに情報を乗せて伝送する量子暗号による情報伝達が可能となるため、人の神経と同様に秘匿性に優れた高性能なデバイスを作製することができる。

また、これ以外にも、オプトエレクトロニクス、フォトニクス、バイオ/ メディカルあるいは福祉工学分野でのデバイス作製に適用可能になるなど、その用途は電気、電子のみならずあらゆる分野で有用である。

以上、本願発明における最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術等はすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

（ａ）〜（ｃ）本発明に係る第１形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法を説明するための説明図である。（ａ）〜（ｃ）本発明に係る第２形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法を説明するための説明図である。（ａ）〜（ｄ）本発明に係る第３形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法を説明するための説明図である。（ａ）〜（ｄ）本発明に係る第４形態のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法を説明するための説明図である。

１シリコーン
２第１のレーザ光
３集光レンズ
４シリカガラス層
５第１の光
６第２のレーザ光

Claims

波長１９０ｎｍ以下の光を照射した状態で、当該光の波長以上の波長を有する第２のレーザ光を集光照射してシリカガラス層を形成することを特徴とするＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法。
請求項１記載のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の内部改質法により、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物内部にシリカガラス層が形成されたことを特徴とするデバイス。
Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物の表面に、波長１９０ｎｍ以下の光を照射した状態で、当該光の波長以上の波長を有する第２のレーザ光を集光照射してシリカガラス層を形成した後、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む化合物で被覆することを特徴とするデバイス。