JP6142562B2 - Super water-repellent material manufacturing method and super water-repellent material - Google Patents

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Description

本発明は、超撥水性を示す膜を備える超撥水性材料と、その製造方法に関する。   The present invention relates to a super water-repellent material provided with a film exhibiting super water repellency and a method for producing the same.

従来より、金属材料、セラミック材料、ガラス材料、樹脂材料等の固体表面に撥水性を示す材料を膜状に形成することで、かかる材料に撥水性のみならず、防汚性、曇り止め等の機能性を付与することが行われている。固体表面の濡れ性は、表面の化学的な親和性のみならず、表面の幾何学的な形状にも因っている。そのため、撥水膜の形成には、表面の化学的性質の制御とともに、微細な凹凸構造あるいはナノ構造を付与するなどの形態の制御が行われている。かかる撥水膜の形成方法としては、代表的には、以下のものが提案されて実用化されている(例えば、特許文献1等参照)。   Conventionally, water-repellent materials such as metal materials, ceramic materials, glass materials, resin materials, etc., are formed into a film to form not only water repellency but also antifouling properties, anti-fogging, etc. Functionality is added. The wettability of a solid surface depends not only on the chemical affinity of the surface but also on the geometric shape of the surface. Therefore, the formation of the water-repellent film is controlled not only by controlling the chemical properties of the surface but also by controlling the form such as providing a fine uneven structure or nanostructure. As a method for forming such a water-repellent film, the following are typically proposed and put into practical use (see, for example, Patent Document 1).

(a)真空中でプラズマを発生させることでテトラメチルシラン(TMS),テトラメトキシシラン(TMOS),ヘキサメチルジシロキサン(HMDSO)等の有機ケイ素化合物を分解し、この分解物からなる疎水性のメチル基を有する粒子を基材上に堆積することで、撥水膜を製造する手法。(b)真空中で基材の表面を酸素プラズマ処理することで、基材の表面に微細な凹凸を形成して親水化し、その後疎水性の官能基を有する有機ケイ素化合物からなる自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成することで疎水化する手法。(c)基材の表面に真空紫外光(VUV)を照射して親水化し、その後疎水性の官能基を有する有機ケイ素化合物からなる自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成することで疎水化する手法。(d)基材の表面を大気圧プラズマ処理にて親水化し、その後疎水性の官能基を有する有機ケイ素化合物からなる自己組織化単分子膜(SAM膜)を形成することで疎水化する手法。   (A) Decomposing organosilicon compounds such as tetramethylsilane (TMS), tetramethoxysilane (TMOS), and hexamethyldisiloxane (HMDSO) by generating plasma in a vacuum, and hydrophobic A technique for producing a water-repellent film by depositing particles having a methyl group on a substrate. (B) The surface of the base material is subjected to oxygen plasma treatment in a vacuum, thereby forming fine irregularities on the surface of the base material to make it hydrophilic, and then a self-organized unit consisting of an organosilicon compound having a hydrophobic functional group. A method of hydrophobizing by forming a molecular film (SAM film). (C) Hydrophobizing the surface of the substrate by irradiating it with vacuum ultraviolet light (VUV), and then forming a self-assembled monomolecular film (SAM film) made of an organosilicon compound having a hydrophobic functional group to make it hydrophobic Technique. (D) A method in which the surface of the substrate is hydrophilized by atmospheric pressure plasma treatment and then hydrophobized by forming a self-assembled monomolecular film (SAM film) made of an organosilicon compound having a hydrophobic functional group.

特開2010−222703号公報JP 2010-222703 A 特開2004−17591号公報JP 2004-17591 A

上記の(a)および(b)に示した手法は、水化処理を真空チャンバー内で行う必要があるため、基材の大きさに制限が生じたり、設備が高コストとならざるを得なかった。また、上記の(a)〜(d)に示した従来法はいずれも基材の表面を親水化処理した後に疎水化することで撥水性を発現させているため、作業工程が煩雑で、長時間を要するものとなってしまっていた。   In the methods shown in the above (a) and (b), it is necessary to perform the hydration treatment in a vacuum chamber, so the size of the base material is limited and the equipment has to be expensive. It was. In addition, since all of the conventional methods shown in the above (a) to (d) express water repellency by hydrophobizing the surface of the base material and then hydrophobizing it, the work process is complicated and long. It was time consuming.

ところで、発明者らは、高分子基材表面に、ドライエッチングにより表面粗さが5〜200nmの範囲内の凹凸を形成したのち、この凹凸上に気相法により膜厚が1〜150nmの範囲内である撥水層を形成することを提案している(特許文献2参照)。この撥水層は有機ケイ素材料または有機フッ化ケイ素材料あるいはその重合体から構成され、その分子構造内にメチル基などの疎水基を備えることから、例えば、水に対する接触角が70度以上(例えば、140度程度)の撥水性が発現されている。
しかしながら、かかる撥水層では、水に対する接触角が150度以上となるいわゆる超撥水性は実現されていなかった。また、この撥水層は強度が弱く、撥水層を構成する自己組織化単分子膜と基材との密着性に課題が残されていた。
By the way, the inventors formed irregularities having a surface roughness in the range of 5 to 200 nm by dry etching on the surface of the polymer substrate, and then the film thickness was in the range of 1 to 150 nm by vapor phase method on the irregularities. It has been proposed to form a water-repellent layer that is an inner layer (see Patent Document 2). This water repellent layer is composed of an organic silicon material, an organic silicon fluoride material, or a polymer thereof, and has a hydrophobic group such as a methyl group in its molecular structure. For example, the contact angle with water is 70 degrees or more (for example, , About 140 degrees).
However, in such a water-repellent layer, so-called super-water-repellent property with a contact angle with water of 150 degrees or more has not been realized. Further, this water-repellent layer has low strength, and there remains a problem in the adhesion between the self-assembled monomolecular film constituting the water-repellent layer and the substrate.

本発明は上記課題に鑑みて創出されたものであり、大気圧環境下で透明で超撥水性を示す膜を基材との密着性を高く形成することができる超撥水性材料の製造方法と、透明な超撥水性膜が強固に結合されている超撥水性材料を提供することを目的とする。   The present invention was created in view of the above problems, and a method for producing a super water-repellent material capable of forming a film that is transparent and exhibits super water repellency under an atmospheric pressure environment with high adhesion to the substrate, and An object of the present invention is to provide a super water repellent material in which a transparent super water repellent film is firmly bonded.

以上の従来技術の課題を解決するものとして、本発明は超撥水性材料の製造方法を提供する。かかる製造方法は、金属性表面を有する基材に対して、有機ケイ素化合物を導入した大気圧雰囲気中でプラズマを発生させることにより、上記基材上に平均粒径が1nm〜100nmの超微粒子シリカ化合物を堆積させること、上記超微粒子シリカ化合物が堆積された基材を、上記有機ケイ素化合物を含む雰囲気に曝すことにより上記超微粒子シリカ化合物を成長させ、平均粒径が10nm〜5000nmの粒状シリカ化合物が互いに結合してなる表面に凹凸構造を有する膜を形成すること、を包含することを特徴としている。   In order to solve the above-described problems of the prior art, the present invention provides a method for producing a super water-repellent material. Such a production method includes generating ultrafine particle silica having an average particle diameter of 1 nm to 100 nm on the base material by generating plasma in an atmospheric pressure atmosphere into which the organosilicon compound is introduced with respect to the base material having a metallic surface. A particulate silica compound having an average particle size of 10 nm to 5000 nm is grown by depositing a compound and exposing the substrate on which the ultrafine silica compound is deposited to an atmosphere containing the organosilicon compound. And forming a film having a concavo-convex structure on the surface formed by bonding to each other.

本発明者らの研究によると、有機ケイ素化合物を熱分解させて得られる超微粒子状のシリカ化合物は、基材表面に無秩序に堆積される。かかる超微粒子の無秩序な堆積は、超微粒子間に液相が入り込めない多数の空隙を形成する。そして、かかる超微粒子と空隙とにより形成される微細な凹凸構造は、そのままで150度以上の超撥水性を発現し得る。しかしながら、このように形成される超微粒子シリカは互いが堅く結合されておらず、極めて不安定な状態で存在し得る。そのため、膜強度や膜と基材との密着性等については十分満足できるものではない。   According to the study by the present inventors, the ultrafine silica compound obtained by thermally decomposing an organosilicon compound is randomly deposited on the substrate surface. Such disorderly deposition of ultrafine particles forms a large number of voids between which the liquid phase cannot enter. And the fine concavo-convex structure formed by such ultrafine particles and voids can express super water repellency of 150 degrees or more as it is. However, the ultrafine silica particles formed in this way are not firmly bonded to each other and can exist in an extremely unstable state. Therefore, the film strength and the adhesion between the film and the substrate are not fully satisfactory.

本発明の製造方法においては、このような超微粒子シリカ化合物の堆積物に対し、さらに気相法により有機ケイ素化合物を供給することで超微粒子シリカ化合物を適切に粒成長させ、同時に、成長された粒状のシリカ化合物同士を確実に結合させて膜を形成するようにしている。また、かかる粒成長により、基材に近い領域の隣り合う粒状シリカ化合物の間の間隙は減少し、比較的緻密で強度の高い膜となり得る。さらに、基材として金属性表面を有する材料を用いることで、かかる粒状シリカ化合物からなる膜状体と基材との強固な結合をも実現する。これにより、基材上に超撥水性を示す膜が密着性良く備えられた超撥水性材料を製造することができる。   In the production method of the present invention, the ultrafine silica compound is appropriately grown by supplying an organic silicon compound to the deposit of the ultrafine silica compound by a vapor phase method, and grown at the same time. A particulate silica compound is reliably bonded to form a film. In addition, such grain growth reduces the gap between adjacent granular silica compounds in a region close to the substrate, and can be a relatively dense and high-strength film. Furthermore, by using a material having a metallic surface as the base material, it is possible to realize a strong bond between the film-like body made of the granular silica compound and the base material. This makes it possible to produce a super water-repellent material having a super water-repellent film on the substrate with good adhesion.

なお、学術的に定義はなされていないものの、撥水性の程度は、一般に、固体表面における水(所定の体積の水滴)との接触角で区別される。すなわち、水との接触角θが90度以上120度未満の場合を撥水性、120度以上150度未満を高撥水性、150度以上の場合を超撥水性、として区別されている。本明細書において「超撥水」とは、水との接触角θが150度以上となる状態をいうものとする。
また、「超微粒子シリカ化合物」および「粒状シリカ化合物」とは、主としてシリカ(SiO)から構成されているが、かかるシリカSi−O−Siネットワークが有機官能基により終端されることでC,H,F等の異種元素を含み得る点において、「化合物」と呼ぶようにしている。
さらに、超微粒子シリカ化合物が「無秩序」に堆積するとは、超微粒子シリカ化合物の堆積態様に幾何学的な秩序性がみられない様子を表現するものである。例えば、超微粒子シリカ化合物の堆積機構が、化学的あるいは熱力学的秩序等に基づくことを妨げるものではない。
Although not defined academically, the degree of water repellency is generally distinguished by the contact angle with water (a predetermined volume of water droplets) on the solid surface. That is, the water repellency is distinguished when the contact angle θ with water is 90 degrees or more and less than 120 degrees, the water repellency is 120 degrees or more and less than 150 degrees, and the water repellency is distinguished when the contact angle θ is 150 degrees or more. In this specification, “super water-repellent” refers to a state where the contact angle θ with water is 150 degrees or more.
The “ultrafine particle silica compound” and the “granular silica compound” are mainly composed of silica (SiO 2 ), and the silica Si—O—Si network is terminated by an organic functional group, so that C, The compound is referred to as a “compound” in that it can contain different elements such as H and F.
Furthermore, “ultra-fine silica compound is deposited“ disordered ”represents a state in which no geometric order is observed in the deposition mode of the ultra-fine silica compound. For example, this does not prevent the deposition mechanism of the ultrafine silica compound from being based on chemical or thermodynamic order.

ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、上記超微粒子シリカ化合物が堆積された基材を、200℃以上の温度で上記有機ケイ素化合物を含む雰囲気に曝すことを特徴としている。
かかる製造方法では、超微粒子シリカ化合物の成長時に熱エネルギーを与えることで粒成長を促進させるようにしており、粒子間を例えばネックの形成等により確実に結合させることを可能とする。また、200℃以上の温度に加熱することで、形成される粒状シリカの結晶性をも高めることができ、機械的強度(例えば、硬度)の高い膜を形成することができる。
In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, the substrate on which the ultrafine silica compound is deposited is exposed to an atmosphere containing the organosilicon compound at a temperature of 200 ° C. or higher.
In such a production method, thermal energy is applied during the growth of the ultrafine silica compound to promote grain growth, and it is possible to reliably bond the grains, for example, by forming a neck. Further, by heating to a temperature of 200 ° C. or higher, the crystallinity of the formed silica can be increased, and a film having high mechanical strength (for example, hardness) can be formed.

ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、さらに、基材に金属膜を形成して前記金属性表面を有する基材を用意する工程を含み、上記金属膜を、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)および鉄(Fe)からなる群から選択される少なくとも1種の金属又はその合金で構成することを特徴としている。
かかる構成によると、任意の素材からなる基材に対し、超撥水性の付与を目的とする表面に金属膜を設けることで、本発明の金属性表面を有する基材として用いることができる。すなわち、基材としては、その表面が金属性表面であれば、その他の部位の素材については限定されない。
In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, the method further includes a step of forming a metal film on a base material to prepare a base material having the metallic surface, wherein the metal film is made of copper (Cu), It is composed of at least one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), aluminum (Al), silicon (Si), silver (Ag), zinc (Zn) and iron (Fe) or an alloy thereof. It is said.
According to this structure, it can use as a base material which has a metallic surface of this invention by providing a metal film in the surface aiming at provision of super water repellency with respect to the base material which consists of arbitrary raw materials. That is, as a base material, if the surface is a metallic surface, it will not limit about the raw material of another site | part.

ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、上記金属膜を1μm以下の厚みに形成することを特徴としている。
金属膜を1μm以下、典型的には10nm〜500nm程度、より好ましくは10nm〜300nm程度の厚みで形成することで、かかる金属膜を透明(可視光に対して透明、以下同じ。)とすることができる。なお、上記の粒状シリカ化合物からなる膜は本質的に透明であるため、例えば、基材として透明な材料を用いた場合に超撥水性材料の全体を透明なものとして製造することができる。
In a preferred embodiment of the manufacturing method disclosed herein, the metal film is formed to a thickness of 1 μm or less.
By forming the metal film with a thickness of 1 μm or less, typically about 10 nm to 500 nm, more preferably about 10 nm to 300 nm, the metal film is transparent (transparent to visible light, the same shall apply hereinafter). Can do. In addition, since the film | membrane which consists of said granular silica compound is essentially transparent, when a transparent material is used as a base material, the whole super-water-repellent material can be manufactured as a transparent thing, for example.

ここに開示される製造方法の好ましい一態様においては、上記基材として、ガラスまたは樹脂材料を用いることを特徴としている。
本発明の製造方法は、例えば、高温(例えば、350℃程度以上)での熱処理を必要としない。したがって、例えば350℃程度以上の高温で変質または溶融される各種の材料を基材とした超撥水性材料を製造することができる。また、上記の通り、超撥水性材料の全体を透明なものとして製造することができる。かかる特徴から、本発明の製造方法は、基材としてガラス材料または樹脂材料を用いる場合にその利点を最大限に発揮することができるために好ましい。
そしてここに開示される発明は、上記のいずれかの製造方法により製造されている、超撥水性材料をも提供する。
In a preferred embodiment of the production method disclosed herein, glass or a resin material is used as the base material.
The manufacturing method of the present invention does not require heat treatment at a high temperature (for example, about 350 ° C. or higher), for example. Therefore, for example, a super water-repellent material based on various materials that are altered or melted at a high temperature of about 350 ° C. or higher can be manufactured. Further, as described above, the entire super water-repellent material can be produced as a transparent material. From these characteristics, the production method of the present invention is preferable because the advantages can be exhibited to the maximum when a glass material or a resin material is used as the base material.
The invention disclosed herein also provides a super water-repellent material manufactured by any one of the manufacturing methods described above.

上記課題を他の側面から解決するものとして、ここに開示される発明は、超撥水性材料を提供する。かかる超撥水性材料は、金属性表面を有する基材上に、有機ケイ素化合物が分解されてなる平均粒径が10nm〜5000nmの粒状シリカ化合物が互いに結合してなり、表面に凹凸構造を有する膜が備えられていることを特徴としている。
本発明の超撥水性材料は、表面が粒状のシリカ化合物の繋がりにより形成されているため、粒状シリカ化合物の堆積状態により形成される凹凸に加え、隣り合う粒状シリカ化合物により形成される凹凸とで、極めて複雑な凹凸構造が形成されている。その結果、表面積が著しく拡大され、実質の自由表面エネルギーが平面に比べて高く、濡れやすい表面がより濡れやすく形成される。かかる形状的な特徴により、本発明の超撥水性材料は、撥水性の高い表面が実現され得る。
In order to solve the above problems from other aspects, the invention disclosed herein provides a super water-repellent material. Such a super-water-repellent material is a film having a concavo-convex structure on the surface, wherein a granular silica compound having an average particle size of 10 nm to 5000 nm formed by decomposing an organosilicon compound is bonded to a substrate having a metallic surface. It is characterized by being equipped.
Since the super-water-repellent material of the present invention is formed by the connection of the granular silica compound, in addition to the unevenness formed by the deposited state of the granular silica compound, the unevenness formed by the adjacent granular silica compound An extremely complicated uneven structure is formed. As a result, the surface area is significantly enlarged, the actual free surface energy is higher than that of the plane, and a wettable surface is formed more easily. Due to such shape characteristics, the super water-repellent material of the present invention can realize a surface with high water repellency.

上記の超撥水材料の好ましい一形態として、上記膜の表面における水の接触角は150度以上であることを特徴としている。
上記のとおりの極めて複雑な凹凸構造により、粒状シリカ化合物からなる膜は極めて高い撥水性、すなわち超撥水性を示し得る。したがって、例えば、超撥水性を示す透明な材料が提供される。
As a preferred embodiment of the super water-repellent material, the contact angle of water on the surface of the film is 150 degrees or more.
Due to the extremely complicated concavo-convex structure as described above, the film made of the granular silica compound can exhibit extremely high water repellency, that is, super water repellency. Thus, for example, a transparent material exhibiting super water repellency is provided.

上記の超撥水材料の好ましい一形態として、上記膜と上記金属性表面との界面には、上記膜と上記金属性表面とが反応されてなる反応層が形成されていることを特徴としている。
かかる超撥水材料は、この反応層の存在により金属性表面を構成する金属元素と、粒状シリカ化合物を構成するケイ素とが化学的に結合している。これにより、粒状シリカ化合物からなる膜と基材表面とが強固に結合(固定)された超撥水材料が提供される。
As a preferred embodiment of the super water-repellent material, a reaction layer formed by a reaction between the film and the metallic surface is formed at an interface between the film and the metallic surface. .
In such a super water-repellent material, the presence of this reaction layer chemically bonds the metal element constituting the metallic surface and the silicon constituting the granular silica compound. This provides a super water-repellent material in which a film made of a granular silica compound and a substrate surface are firmly bonded (fixed).

上記の超撥水材料の好ましい一形態として、スクラッチ試験に基づく上記基材から上記膜が剥離する際の臨界荷重が、50mN以上であることを特徴としている。
かかる超撥水性材料は、上記の通り粒状シリカ化合物からなる膜と基材表面とが化学的に結合しており、高い膜密着性を有している。例えば、JIS R−3255(ガラスを基板とした薄膜の付着性試験方法)に基づくスクラッチ試験を指標とすると、臨界荷重が50mN以上という高い膜密着性を有するものとして実現される。
As a preferred embodiment of the super water-repellent material, a critical load when the film is peeled from the substrate based on a scratch test is 50 mN or more.
As described above, the super water-repellent material has a high film adhesion because the film made of the granular silica compound and the substrate surface are chemically bonded. For example, when a scratch test based on JIS R-3255 (a thin film adhesion test method using glass as a substrate) is used as an index, it is realized as having a high film adhesion with a critical load of 50 mN or more.

上記の超撥水材料の好ましい一形態として、上記金属性表面は厚みが1μm以下であることを特徴としている。
金属膜は厚みが1μm以下、典型的には10nm〜500nm程度、より好ましくは10nm〜300nm程度であることで、透明であり得る。なお、上記の粒状シリカ化合物からなる膜は本質的に透明であるため、例えば、基材として透明な材料を用いた場合に超撥水性材料の全体が透明なものとして実現され得る。
As a preferred embodiment of the super water-repellent material, the metallic surface has a thickness of 1 μm or less.
The metal film can be transparent when it has a thickness of 1 μm or less, typically about 10 nm to 500 nm, more preferably about 10 nm to 300 nm. In addition, since the film | membrane which consists of said granular silica compound is essentially transparent, when a transparent material is used as a base material, the whole super-water-repellent material can be implement | achieved as a transparent thing, for example.

上記の超撥水材料の好ましい一形態として、上記基材がガラスまたは樹脂であって、上記金属性表面は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)および鉄鋼からなる群から選択される少なくとも1種の金属又はその合金で構成されていることを特徴としている。
かかる金属性表面は、粒状シリカ化合物からなる膜を構成するケイ素と化学的に結合し得る金属元素を含むよう構成されていることが好ましい。したがって、金属性表面が上記の金属元素を含む金属またはその合金から構成されることで、膜密着性等の機械的性質に優れた撥水性材料が提供される。
As a preferred embodiment of the super water-repellent material, the base material is glass or resin, and the metallic surface is copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), silicon (Si), silver (Ag), zinc (Zn), and at least one metal selected from the group consisting of steel and alloys thereof.
Such a metallic surface is preferably constituted so as to contain a metal element that can be chemically bonded to silicon constituting a film made of a granular silica compound. Therefore, a water-repellent material excellent in mechanical properties such as film adhesion is provided by forming the metal surface from a metal containing the above metal element or an alloy thereof.

超微粒子シリカ化合物が堆積した基材の(a)断面と(b)表面を観察した走査型電子顕微鏡(SEM)像を例示した図である。It is the figure which illustrated the scanning electron microscope (SEM) image which observed the (a) cross section and (b) surface of the base material with which the ultrafine particle silica compound was deposited. 気相成長温度を240℃として作製した超撥水性材料の(a)断面と(b)表面を観察した走査型電子顕微鏡(SEM)像を例示した図である。It is the figure which illustrated the scanning electron microscope (SEM) image which observed the (a) cross section and (b) surface of the super-water-repellent material produced by making vapor phase growth temperature 240 degreeC. 気相成長温度を260℃として作製した超撥水性材料の(a)断面と(b)表面を観察した走査型電子顕微鏡(SEM)像を例示した図である。It is the figure which illustrated the scanning electron microscope (SEM) image which observed the (a) cross section and (b) surface of the super-water-repellent material produced by making vapor phase growth temperature 260 degreeC. 気相成長温度を270℃として作製した超撥水性材料の(a)断面と(b)表面を観察した走査型電子顕微鏡(SEM)像を例示した図である。It is the figure which illustrated the scanning electron microscope (SEM) image which observed the (a) cross section and (b) surface of the super-water-repellent material produced by making vapor phase growth temperature 270 degreeC. 気相成長温度を290℃として作製した超撥水性材料の(a)断面を観察した走査型電子顕微鏡(SEM)像と、(b)その要部拡大図とを例示した図である。It is the figure which illustrated the scanning electron microscope (SEM) image which observed the (a) cross section of the super-water-repellent material produced by making vapor phase growth temperature 290 degreeC, and (b) the principal part enlarged view. 異なる条件で形成した粒状シリカ化合物からなる膜のフーリエ変換赤外分光(FT−IR)スペクトルを例示した図である。It is the figure which illustrated the Fourier-transform infrared-spectroscopy (FT-IR) spectrum of the film | membrane which consists of the granular silica compound formed on different conditions. 異なる条件で形成した粒状シリカ化合物からなる膜のスクラッチ試験による臨界荷重を例示した図である。It is the figure which illustrated the critical load by the scratch test of the film | membrane which consists of the granular silica compound formed on different conditions. 基材の金属性表面をCuまたはNiとし、異なる条件で形成した粒状シリカ化合物からなる膜の硬度を例示した図である。It is the figure which illustrated the hardness of the film | membrane which consists of the granular silica compound which made the metallic surface of a base material Cu or Ni, and was formed on different conditions. 基材の金属性表面をAlとして形成した粒状シリカ化合物からなる膜の(a)表面および(b)断面を観察したSEM像を例示した図である。It is the figure which illustrated the SEM image which observed the (a) surface and (b) cross section of the film | membrane which consists of the granular silica compound which formed the metallic surface of the base material as Al. 基材の金属性表面をNiとして形成した、粒状シリカ化合物からなる膜の(a)表面および(b)断面を観察したSEM像を例示した図である。It is the figure which illustrated the SEM image which observed the (a) surface and (b) cross section of the film | membrane which consists of a granular silica compound which formed the metallic surface of the base material as Ni. 基材の金属性表面を(a)Zn,(b)Cu,(c)Al,(d)Ag,(e)Siとして形成した、粒状シリカ化合物からなる膜の表面をSEM観察した結果を例示した図である。Example of SEM observation of the surface of a film made of a granular silica compound in which the metallic surface of the substrate is formed as (a) Zn, (b) Cu, (c) Al, (d) Ag, (e) Si FIG. 基材の金属性表面をSUS鋼とし、気相成長を250℃で1時間の条件で形成した、粒状シリカ化合物からなる膜の表面を観察した(a)SEM像と、(b)その部分拡大図を例示した図である。(A) SEM image and (b) partial enlargement of the surface of a film made of granular silica compound, in which the metallic surface of the base material is SUS steel and vapor phase growth is performed at 250 ° C. for 1 hour. It is the figure which illustrated the figure. 基材の金属性表面をSUS鋼とし、気相成長を270℃で1時間の条件で形成した、粒状シリカ化合物からなる膜の表面を観察した(a)SEM像と、(b)その部分拡大図を例示した図である。(A) SEM image and (b) partial enlargement of the surface of the film made of granular silica compound, in which the metallic surface of the base material was SUS steel and vapor phase growth was performed at 270 ° C. for 1 hour. It is the figure which illustrated the figure.

以下、本発明の超撥水性材料とその製造方法について説明する。なお、本明細書において特に言及している事項(超微粒子シリカ化合物の堆積膜や粒状シリカ化合物からなる膜の構成の形成条件等)以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄(プラズマ発生装置の構成や金属膜の作成条件等)は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書および図面に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
ここに開示される超撥水性材料の製造方法は、本質的に、以下の工程を含んでいる。
(1)金属性表面を有する基材に対して、有機ケイ素化合物を導入した大気圧雰囲気中でプラズマを発生させる。これにより、基材上に平均粒径が10nm〜2000nmの超微粒子シリカ化合物を堆積させる。
(2)超微粒子シリカ化合物が堆積された基材を、有機ケイ素化合物を含む雰囲気に曝すことにより超微粒子シリカ化合物を成長させる。これにより、平均粒径が10nm〜5000nmの粒状シリカ化合物が互いに結合してなる表面に凹凸構造を有する膜を形成する。
Hereinafter, the super water-repellent material of the present invention and the production method thereof will be described. It should be noted that matters other than matters particularly mentioned in this specification (such as formation conditions of the structure of a deposited film of an ultrafine silica compound or a film made of a granular silica compound) and matters necessary for the implementation of the present invention (plasma The configuration of the generator, the conditions for forming the metal film, etc.) can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and the drawings and common general technical knowledge in the field.
The manufacturing method of the super water-repellent material disclosed here essentially includes the following steps.
(1) Plasma is generated in an atmospheric pressure atmosphere into which an organosilicon compound is introduced with respect to a substrate having a metallic surface. Thereby, an ultrafine silica compound having an average particle diameter of 10 nm to 2000 nm is deposited on the substrate.
(2) The ultrafine particle silica compound is grown by exposing the substrate on which the ultrafine particle silica compound is deposited to an atmosphere containing an organosilicon compound. As a result, a film having a concavo-convex structure is formed on the surface formed by bonding granular silica compounds having an average particle diameter of 10 nm to 5000 nm.

1.超微粒子シリカ化合物の堆積
本発明の製造方法においては、上記のとおり、有機ケイ素化合物を原料とした大気圧下でのプラズマ処理により、基材上に平均粒径が10nm〜2000nmの有機ケイ素化合物由来の超微粒子シリカ化合物を堆積させるようにしている。
[基材]
本発明において粒状シリカ化合物からなる超撥水性を示す膜(以下、単に超撥水膜という場合がある。)が備えられる基材としては、当該超撥水膜が備えられる部位に金属性表面を備える材料であれば、素材等に特に制限はない。例えば、基材そのものが金属材料から構成されていても良い。あるいは、基材が主として金属材料以外の、例えば、ガラス材料、セラミック材料、樹脂材料等やそれらの複合体から構成されており、その表面の少なくとも一部に金属材料からなる金属性表面が備えられていてもよい。この場合の金属性表面としては、典型的には、金属膜を考慮することができ、例えば、基材(基材本体)に金属膜を形成することで、金属性表面を有する基材とすることができる。
1. Deposition of ultrafine silica compound In the production method of the present invention, as described above, it is derived from an organosilicon compound having an average particle size of 10 nm to 2000 nm on a substrate by plasma treatment under atmospheric pressure using an organosilicon compound as a raw material. The ultrafine silica compound is deposited.
[Base material]
In the present invention, as a substrate provided with a superhydrophobic film made of a granular silica compound (hereinafter sometimes simply referred to as superhydrophobic film), a metallic surface is provided at a site where the superhydrophobic film is provided. If it is a material provided, there will be no restriction | limiting in particular in a raw material etc. For example, the base material itself may be made of a metal material. Alternatively, the substrate is mainly composed of a material other than a metal material, for example, a glass material, a ceramic material, a resin material, or a composite thereof, and at least a part of the surface is provided with a metallic surface made of the metal material. It may be. As the metallic surface in this case, typically, a metallic film can be considered. For example, a metallic film is formed on a base material (base material main body) to form a base material having a metallic surface. be able to.

すなわち、上記の工程(1)の前に、予め、基材本体に金属膜を形成して金属性表面を有する基材を用意する工程を含むようにしてもよい。基材本体に金属膜を形成する手法は特に制限されず、例えば、一例として、基材本体を構成する素材の特性等に応じて公知の各種の成膜方法から適宜選択して利用することができる。このような成膜方法としては、例えば、代表的なものとして、ゾルゲル法、スピンコート能等に代表される液相成膜方法や、スパッタ法、蒸着法およびイオンプレーティング法等に代表される物理的気相成長法(PVD法)、熱化学気相成長法、プラズマ化学気相成長法等に代表される化学気相成長法(CVD法)が挙げられる。中でも、本発明においては、金属材料以外の素材に対して密着性良く金属膜の形成が可能なPVD法を採用するのが好ましい例として示される。   That is, a step of preparing a base material having a metallic surface by forming a metal film on the base body in advance may be included before the above step (1). The method for forming the metal film on the base body is not particularly limited. For example, it can be appropriately selected from various known film formation methods according to the characteristics of the material constituting the base body. it can. As such film formation methods, for example, representative examples include a liquid phase film formation method typified by a sol-gel method, a spin coating ability, a sputtering method, a vapor deposition method, an ion plating method, and the like. Examples thereof include a chemical vapor deposition method (CVD method) represented by a physical vapor deposition method (PVD method), a thermal chemical vapor deposition method, a plasma chemical vapor deposition method, and the like. Especially, in this invention, it is shown as a preferable example to employ | adopt PVD method which can form a metal film with sufficient adhesiveness with respect to raw materials other than a metal material.

金属性表面の形態に特に制限はないが、例えば、厚みを1μm程度以下、典型的には10nm〜500nm程度、より好ましくは10nm〜300nm程度とすることで、かかる金属膜を透明とすることができる。したがって、基材本体および金属膜、並びに例えば、エレクトロニクス関連材料、光学材料、包装材料等としての用途に好適に使用することができる。
かかる金属性表面を構成する材料としては特に制限はなく、各種の金属あるいはその合金とすることができる。例えば、金属膜を、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)および鉄(Fe)またはこれらの合金で構成すると、かかる金属膜状に形成される球状シリカ化合物と反応し、球状シリカ化合物からなる膜の密着性を高めることができるために好ましい。
Although there is no restriction | limiting in particular in the form of a metallic surface, For example, by making thickness into about 1 micrometer or less, typically about 10 nm-500 nm, More preferably, about 10 nm-300 nm, making this metal film transparent. it can. Therefore, it can be suitably used for a base body and a metal film, and for applications such as electronics-related materials, optical materials, packaging materials, and the like.
There is no restriction | limiting in particular as a material which comprises this metallic surface, It can be set as various metals or its alloy. For example, when the metal film is made of copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), silicon (Si), silver (Ag), zinc (Zn) and iron (Fe), or an alloy thereof, such metal This is preferable because it can react with the spherical silica compound formed into a film and can improve the adhesion of the film made of the spherical silica compound.

[有機ケイ素化合物]
本発明において、有機ケイ素化合物としては、プラズマにより発生される各種のラジカルの作用により、Si−O−Si結合(ネットワークであり得る。)が少なくとも1種の有機基で終端されている有機基含有シリカを形成し得る各種の化合物を特に制限なく用いることができる。かかる有機ケイ素化合物は、プラズマCVD法等によるSiO成膜に用いられる原料化合物として広く知られた材料であり得る。有機ケイ素化合物としては、具体的には、例えば、典型例として、(a)SiあるいはSiを主骨格元素とするSi−O−Siネットワークに少なくとも一つのメチル基,エチル基等の有機官能基が直接結合した化合物や、(b)SiあるいはSiを主骨格元素とするSi−O−Siネットワークに、メトキシ基,エトキシ基等のアルコキシ基が結合した化合物等が挙げられる。より具体的には、例えば、テトラメチルシラン:Si(CH等のシラン類、テトラメトキシシラン:Si(OCH,テトラエトキシシラン:Si(OC,テトライソプロポキシシラン:Si(i−OCテトラターシャリブトキシシラン:Si(t−OC等のアルコキシシラン類、ジイソプロポキシジアセトキシシラン:Si(OC(OCOCH(DADBS)等のアルコキシアセトキシシラン類、ヘキサチメチルジシロキサン:Si18O(HMDS),テトラメチルジシロキサン:Si12O(TMDS)等の鎖状ポリシロキサン類、オクタメチルシクロテトラシロキサン:Si24(OMCTS),テトラメチルシクロテトラシロキサン:Si16(TOMCATS)等の環状ポリシロキサン等を挙げることができる。これらはいずれか1種を単独で用いても良いし、2種以上を混合して用いても良い。
[Organic silicon compound]
In the present invention, the organosilicon compound contains an organic group in which a Si—O—Si bond (which may be a network) is terminated with at least one organic group by the action of various radicals generated by plasma. Various compounds capable of forming silica can be used without particular limitation. Such an organosilicon compound may be a material widely known as a raw material compound used for SiO 2 film formation by a plasma CVD method or the like. Specific examples of the organosilicon compound include, for example, (a) at least one organic functional group such as methyl group or ethyl group in Si-O-Si network having Si or Si as the main skeleton element. Examples thereof include a directly bonded compound, and (b) a compound in which an alkoxy group such as a methoxy group or an ethoxy group is bonded to an Si—O—Si network having Si or Si as a main skeleton element. More specifically, for example, silanes such as tetramethylsilane: Si (CH 3 ) 4 , tetramethoxysilane: Si (OCH 3 ) 4 , tetraethoxysilane: Si (OC 2 H 5 ) 4 , tetraisopropoxy silane: Si (i-OC 3 H 7) 4 tetra-tertiary butoxy silane: Si (t-OC 4 H 9) alkoxysilanes such as 4, diisopropoxy di acetoxysilane: Si (OC 3 H 7) 2 ( Chains such as alkoxyacetoxysilanes such as OCOCH 3 ) 2 (DADBS), hexathimethyldisiloxane: Si 2 C 6 H 18 O (HMDS), tetramethyldisiloxane: Si 2 C 4 H 12 O (TMDS) polysiloxanes, octamethylcyclotetrasiloxane: Si 4 C 8 H 24 O 2 (OMCTS), Te La tetramethylcyclotetrasiloxane: Si 4 C 4 H 16 O 4 (TOMCATS) or a cyclic polysiloxane such as. Any one of these may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used.

[超微粒子シリカ化合物の堆積]
本発明においては、上記の原料としての有機ケイ素化合物を、平均粒径が10nm〜2000nmの超微粒子の形態のシリカ化合物として、基材上に堆積させる。かかる超微粒子シリカの堆積には、プラズマ気相成長(CVD)法を採用することができ、特に、酸化物の超微粒子を常圧近傍で安定して形成可能な熱プラズマCDV法を用いるのがより好ましい。
例えば、熱プラズマを例にして説明すると、プラズマ発生条件については、例えば、プラズマ発生装置の構成や、原料である有機ケイ素化合物の種類等に応じて適宜設定することができる。
熱プラズマ発生装置としては、特に制限なく、各種のプラズマ発生装置(典型的には、プラズマ製膜装置であり得る。)を用いることができる。例えば、原料の導入を比較的容易に行うことができることから、電極間の直流アーク放電を利用した溶射用プラズマ装置等を好適に用いることができる。その他、熱プラズマは、かかる直流アーク放電による発生手法以外にも、多相放電、誘導結合型放電、大気圧マイクロ波加熱放電等により発生することもできる。
[Deposition of ultrafine silica compounds]
In the present invention, the organosilicon compound as the raw material is deposited on a substrate as a silica compound in the form of ultrafine particles having an average particle size of 10 nm to 2000 nm. For the deposition of such ultrafine particle silica, a plasma vapor deposition (CVD) method can be employed, and in particular, a thermal plasma CDV method capable of stably forming ultrafine oxide particles near atmospheric pressure is used. More preferred.
For example, to explain using thermal plasma as an example, the plasma generation conditions can be appropriately set according to, for example, the configuration of the plasma generation apparatus, the type of the organosilicon compound that is a raw material, and the like.
There are no particular limitations on the thermal plasma generator, and various plasma generators (typically, plasma film forming apparatuses) can be used. For example, since the introduction of the raw material can be performed relatively easily, a plasma apparatus for thermal spraying using a DC arc discharge between the electrodes can be suitably used. In addition, the thermal plasma can be generated by multiphase discharge, inductively coupled discharge, atmospheric pressure microwave heating discharge, or the like, in addition to the generation method using the DC arc discharge.

熱プラズマCVD法においては、超微粒子シリカの原料である上記の有機ケイ素化合物を気相(典型的には、蒸気)として含む大気圧雰囲気中で、超高温のプラズマを発生させることにより、この有機ケイ素化合物に由来する化合物の超微粒子の合成と堆積とを行うことができる。熱プラズマCVD法においては、典型的には、微粒子の生成過程がプラズマ尾炎部での均一核生成ステップおよびこれに続く核成長ステップから成ることが知られている。そこで、気相状態の有機ケイ素化合物は、プラズマ尾炎部近傍に導入されるのが好ましい。上記の有機ケイ素化合物は、常温では液体または固体であることが殆どであるが、一般的に飽和蒸気圧が高いという性質を利用して、温度を一定に保った原料中にキャリアガスを導入してバブリングすることで、超微粒子シリカ化合物の形成に十分な量の原料を気体として安定した流量で供給する事ができる。   In the thermal plasma CVD method, an ultrahigh temperature plasma is generated in an atmospheric pressure atmosphere containing the above-mentioned organosilicon compound, which is a raw material of ultrafine silica, as a gas phase (typically, vapor), thereby generating the organic plasma. Synthesis and deposition of ultrafine particles of a compound derived from a silicon compound can be performed. In the thermal plasma CVD method, it is known that the generation process of fine particles typically includes a uniform nucleation step in a plasma tail flame part and a subsequent nucleation step. Therefore, it is preferable that the organosilicon compound in a gas phase is introduced in the vicinity of the plasma tail flame portion. The above organosilicon compounds are mostly liquid or solid at normal temperature, but generally, a carrier gas is introduced into the raw material keeping the temperature constant by utilizing the property of high saturated vapor pressure. By bubbling, a sufficient amount of raw material for forming the ultrafine silica compound can be supplied as a gas at a stable flow rate.

キャリアガスとともにプラズマ中(典型的には、尾炎部)に導入された有機ケイ素化合物は、プラズマ中で原子あるいはイオンにまで分解され、化学反応は主としてプラズマ−雰囲気間の境界層やプラズマ−基材間の境界層での非平衡反応過程で支配されると考えることができる。
そこで、例えば、超微粒子シリカ化合物の原料となる有機ケイ素化合物の組成等に応じて、プラズマ雰囲気を自由に選択することができる。具体的には、例えば、アルゴンを用いた不活性雰囲気、酸素を用いた酸化雰囲気、水素を用いた還元雰囲気等を自由に選択できるので、有機ケイ素化合物に対して所望の分解処理を施すことができる。例えば、有機ケイ素化合物から超微粒子シリカ化合物の形成に還元性環境が必要な場合は、プラズマが還元プラズマとなるよう、キャリアガスの種類等を調製することができる。例えば、キャリアガスが水素ガスを含むようにすることができる。また、例えば、有機ケイ素化合物から超微粒子シリカ化合物の形成に酸化性環境が必要な場合は、プラズマが酸化雰囲気となるよう、キャリアガスの種類等を調製することができる。例えば、キャリアガスが酸素ガスを含むようにすることができる。
The organosilicon compound introduced into the plasma (typically the tail flame) together with the carrier gas is decomposed into atoms or ions in the plasma, and the chemical reaction is mainly performed between the plasma-atmosphere boundary layer and the plasma-group. It can be considered that it is dominated by non-equilibrium reaction processes in the boundary layer between materials.
Thus, for example, the plasma atmosphere can be freely selected according to the composition of the organosilicon compound that is the raw material of the ultrafine silica compound. Specifically, for example, an inert atmosphere using argon, an oxidizing atmosphere using oxygen, a reducing atmosphere using hydrogen, and the like can be freely selected, so that a desired decomposition treatment can be performed on the organosilicon compound. it can. For example, when a reducing environment is required to form an ultrafine silica compound from an organosilicon compound, the type of carrier gas can be prepared so that the plasma becomes a reducing plasma. For example, the carrier gas can include hydrogen gas. In addition, for example, when an oxidizing environment is required for forming an ultrafine silica compound from an organosilicon compound, the type of carrier gas can be adjusted so that the plasma is in an oxidizing atmosphere. For example, the carrier gas can include oxygen gas.

以上のようにして導入される有機ケイ素化合物は、プラズマ中においては、主として質量数の比較的小さな化学種として存在し得る。例えば、具体的には、Siを含む化学種としては原子状Si,SiO,SiH,SiCHx等の形態で、Siを含まない化学種としてはS,O,HC,H,CHx,OH,HO,CO,CO等の形態で存在し得る。このうち、H,O,H,CH,OHおよびCOについては、プラズマ発光分光により気相中に存在することが確かめられている。また、質量数の大きいクラスタも、原料分子の二量体までは質量分析により存在が確認されているが、その空間密度は低く、成膜に関与するレベルではないと考えられる。したがって、超微粒子シリカ化合物の前駆体としては、Si,SiHx,SiOxがその候補として考慮される。
なお、超微粒子シリカ化合物の前駆体は、必須ではないものの、基材の温度を制御しておくことで、比較的安定して基材上に堆積される。かかる基材温度としては、例えば、50℃〜150℃程度の範囲を例示することができる。
The organosilicon compound introduced as described above can exist mainly as a chemical species having a relatively small mass number in plasma. For example, specifically, chemical species containing Si are in the form of atomic Si, SiO, SiH, SiCHx, etc., and chemical species not containing Si are S, O, HC, H 2 , CHx, OH, H It can exist in the form of 2 O, CO, CO 2 and the like. Of these, H, O, H 2 , CH, OH and CO have been confirmed to exist in the gas phase by plasma emission spectroscopy. In addition, clusters having a large mass number have been confirmed by mass spectrometry up to the dimer of the raw material molecules, but the spatial density is low and it is considered that the cluster is not at a level involved in film formation. Therefore, Si, SiHx, and SiOx are considered as candidates for the precursor of the ultrafine silica compound.
Although the precursor of the ultrafine silica compound is not essential, it can be deposited on the substrate relatively stably by controlling the temperature of the substrate. Examples of such a substrate temperature include a range of about 50 ° C to 150 ° C.

この様にして活性化された有機ケイ素化合物は、プラズマ気流に乗って気相中で超微粒子シリカの核を形成する(均一核生成ステップ)。そして、本発明の製造方法においては、かかる核形成がなされた後、核成長が過度に進行する前に、すなわち、核成長ステップに移行する前に、平均粒径が10nm〜2000nmの超微粒子状のシリカ化合物を基材に堆積させるようにする。かかる超微粒子シリカ化合物の粒径は、たとえは、原料(有機ケイ素化合物)供給量、原料供給口〜基材間距離、基材温度、等の条件により制御することができる。
このように熱プラズマ法により基材上に堆積される超微粒子シリカ化合物は、明瞭な輪郭を有したシリカ化合物の超微粒子が、粒子間に空気を含みながら(空隙をもって)パウダー状に堆積される。また、超微粒子シリカ化合物は幾何学的に無秩序に堆積されており、微粒子間には液相(例えば、水滴)が入り込めない程度の多数の微細な空隙が形成される。かかる超微粒子と空隙とにより形成される微細な凹凸構造は、そのままで150度以上の超撥水性を発現し得る。しかしながら、このように形成される超微粒子シリカは互いが堅く結合されておらず、また基材との密着性も十分なものではない。そしてこのような超微粒子シリカ化合物は、非常に活性があると同時に不安定であり得る。
The organosilicon compound activated in this way forms nuclei of ultrafine silica in the gas phase by riding on a plasma stream (uniform nucleation step). In the production method of the present invention, after such nucleation is performed, before the nucleation progresses excessively, that is, before the transition to the nucleation growth step, ultrafine particles having an average particle size of 10 nm to 2000 nm are performed. The silica compound is deposited on the substrate. The particle diameter of the ultrafine silica compound can be controlled by conditions such as the amount of raw material (organosilicon compound) supplied, the distance between the raw material supply port and the base material, the base material temperature, and the like.
In this way, the ultrafine silica compound deposited on the substrate by the thermal plasma method is deposited in the form of a powder with a fine outline of the silica compound containing air (with voids) between the particles. . In addition, the ultrafine silica compound is deposited geometrically randomly, and a large number of fine voids are formed between the fine particles so that a liquid phase (for example, water droplets) cannot enter. The fine concavo-convex structure formed by such ultrafine particles and voids can exhibit a super water repellency of 150 degrees or more as it is. However, the ultrafine particle silica thus formed is not firmly bonded to each other, and the adhesion to the substrate is not sufficient. And such ultrafine silica compounds can be very active and unstable.

2.粒状シリカ化合物からなる膜の形成
そこで、本発明では、上記のように超微粒子シリカ化合物が堆積された基材を、有機ケイ素化合物を含む雰囲気(典型的には蒸気)に曝す。これにより超微粒子シリカ化合物の表面に有機ケイ素化合物の蒸気が接触させるとともに、Si−O−Si結合により一体化させて、超微粒子シリカ化合物を成長させるようにしている。これにより、超微粒子シリカ化合物を、平均粒径が10nm〜5000nmの粒状シリカ化合物へと成長(典型的には、気相成長)させることができる。
ここで用いる有機ケイ素化合物は、上記の超微粒子シリカ化合物の形成に用いたのと同じものとすることができる。また、超微粒子シリカ化合物が堆積された基材と、有機ケイ素化合物とは、同一の密閉容器に入れることで、超微粒子シリカ化合物を粒状シリカ化合物へと効率的に成長させることができる。
2. Therefore, in the present invention, the substrate on which the ultrafine silica compound is deposited as described above is exposed to an atmosphere (typically vapor) containing an organosilicon compound. As a result, the vapor of the organosilicon compound is brought into contact with the surface of the ultrafine silica compound, and they are integrated by Si—O—Si bonds to grow the ultrafine silica compound. Thereby, the ultrafine particle silica compound can be grown (typically, vapor phase growth) into a granular silica compound having an average particle diameter of 10 nm to 5000 nm.
The organosilicon compound used here can be the same as that used for forming the ultrafine silica compound. Moreover, the ultrafine particle silica compound can be efficiently grown into a granular silica compound by placing the base material on which the ultrafine particle silica compound is deposited and the organosilicon compound in the same sealed container.

ここで、粒状シリカ化合物は、成長の途中で隣り合う粒子同士がネックを形成して結合し、互いがSi−O−Si結合により一体化される。すなわち、超微粒子シリカ化合物の堆積物から、一体的な膜が形成される。また、このような粒成長に伴い、特に基材に近い領域では隣り合う粒状シリカ化合物の間に形成されていた間隙が減少して、比較的緻密な膜が形成される。さらに、かかる粒状シリカ化合物からなる膜と、基材の金属性表面とが接する部位では、粒状シリカ化合物と金属性表面とが化学的に結合する。すなわち、有機ケイ素化合物の蒸気は、基材に達すると分解および化学反応を生じて、金属性表面の結晶情報を引き継ぎながら超微粒子シリカ化合物を成長させる。これにより、粒状シリカ化合物からなる膜と基材との強固な結合もが実現されることとなる。かかるケイ素(Si)と化学的に結合しやすい金属としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、銀(Ag)および亜鉛(Zn)等が例示される。かかる金属により基材の金属性表面が構成されていることで、粒状シリカ化合物と金属性表面とがより確実に化学的に結合するために好ましい。   Here, in the granular silica compound, particles adjacent to each other in the course of growth form a neck and are bonded together, and they are integrated by Si—O—Si bonding. That is, an integral film is formed from the deposit of ultrafine silica compound. In addition, with such grain growth, the gap formed between the adjacent granular silica compounds is reduced particularly in the region close to the base material, and a relatively dense film is formed. Furthermore, the granular silica compound and the metallic surface are chemically bonded to each other at a portion where the film made of the granular silica compound and the metallic surface of the substrate are in contact with each other. That is, when the vapor of the organosilicon compound reaches the substrate, it undergoes decomposition and chemical reaction to grow the ultrafine silica compound while taking over the crystal information on the metallic surface. Thereby, the strong coupling | bonding of the film | membrane which consists of a granular silica compound, and a base material will also be implement | achieved. Examples of the metal that is easily chemically bonded to silicon (Si) include copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), silicon (Si), silver (Ag), and zinc (Zn). Is done. Since the metallic surface of the base material is composed of such a metal, the particulate silica compound and the metallic surface are more preferably chemically bonded.

以上の成長の工程において、有機ケイ素化合物の気化(蒸気の発生)を促すために、有機ケイ素化合物を単独で、あるいは密閉容器ごと加熱する等してもよい。かかる加熱は、必須の要件ではないものの、加熱を行うことで気相成長を促進させるとともに、ネックの形成による粒子間の結合を強固なものとすることができ、膜の密着性および機械的強度を高めることができる。さらに、膜を構成する粒状シリカ化合物の結晶性を高めることもでき、より一層膜強度を向上させることができる。このような加熱は、用いる有機ケイ素化合物の種類や、基材を構成する材料等に応じて適切に行うことができる。例えば、具体的には、密閉容器内を200℃以上の温度(例えば、200℃以上240℃未満)とすると有機ケイ素化合物の気化を効果的に促進できるために好ましい。また、例えば、密閉容器内を240℃以上の温度(例えば、240℃以上260℃未満)とすると超微粒子シリカ化合物の気相成長を効果的に促進できるために好ましい。また、例えば、密閉容器内を260℃以上の温度(例えば、260℃以上300℃未満)とすることで、粒状シリカ化合物からなる膜の密着性を急激に上昇させることができるために好ましく、例えば、密閉容器内を300℃以上の温度(例えば、300℃以上350℃未満)とすることで粒状シリカ化合物からなる膜の硬度を効果的に高めることができるためにより好ましい。しかしながら、例えば350℃を超える加熱は特段必要ではなく、例えば、好適には、350℃以下の比較的低温での加熱であってよい。
これにより、基材上に超撥水性を示す膜が密着性良く備えられた超撥水性材料を製造することができる。
In the above growth process, in order to promote vaporization (generation of vapor) of the organosilicon compound, the organosilicon compound may be heated alone or in a sealed container. Although such heating is not an essential requirement, it can promote vapor phase growth by heating, and can strengthen the bond between particles due to the formation of the neck, film adhesion and mechanical strength Can be increased. Furthermore, the crystallinity of the particulate silica compound constituting the film can be increased, and the film strength can be further improved. Such heating can be appropriately performed according to the type of the organosilicon compound to be used, the material constituting the substrate, and the like. For example, specifically, it is preferable that the inside of the sealed container be at a temperature of 200 ° C. or higher (for example, 200 ° C. or higher and lower than 240 ° C.) because vaporization of the organosilicon compound can be effectively promoted. Further, for example, it is preferable to set the temperature in the sealed container to 240 ° C. or higher (for example, 240 ° C. or higher and lower than 260 ° C.) because the vapor phase growth of the ultrafine silica compound can be effectively promoted. In addition, for example, by setting the inside of the sealed container to a temperature of 260 ° C. or higher (for example, 260 ° C. or higher and lower than 300 ° C.), the adhesiveness of the film made of the granular silica compound can be rapidly increased. Further, it is more preferable that the inside of the sealed container is set to a temperature of 300 ° C. or higher (for example, 300 ° C. or higher and lower than 350 ° C.) because the hardness of the film made of the granular silica compound can be effectively increased. However, for example, heating above 350 ° C. is not particularly necessary, and for example, heating at a relatively low temperature of 350 ° C. or less may be preferable.
This makes it possible to produce a super water-repellent material having a super water-repellent film on the substrate with good adhesion.

以上の超微粒子シリカ化合物の成長により、平均粒径が10nm〜5000nmの粒状シリカ化合物が結合してなる膜が形成される。かかる粒状シリカ化合物の大きさは、気相成長の際の温度条件、基材の金属性表面を構成する金属種およびその結晶性(結晶面)、気相成長時間等によって変化し得る。この様にして形成される膜の表面状態は、超微粒子シリカ化合物の堆積状態と略相似的な形状であり、平坦な部分が殆どない、非常に複雑な凹凸構造を維持している。   By the growth of the ultrafine silica compound described above, a film is formed by combining granular silica compounds having an average particle diameter of 10 nm to 5000 nm. The size of the granular silica compound can vary depending on the temperature conditions during vapor phase growth, the metal species constituting the metallic surface of the substrate and its crystallinity (crystal plane), the vapor phase growth time, and the like. The surface state of the film thus formed has a shape substantially similar to the deposition state of the ultrafine silica compound, and maintains a very complicated uneven structure with few flat portions.

その形態を適切に表現することは困難であるが、大略としては、超微粒子シリカ化合物が上方へ優先的に堆積してゆく過程で平らだった表面が乱れ、かかる乱れ部において部分的な堆積が進行し、小さな突起部が成長して行く。そして更に、その突起部の表面が乱れ、かかる突起部から更なる微小な突起が成長してゆく。しかしながら表面エネルギーの大きな超微粒子シリカ化合物(特に先端部の超微粒子シリカ化合物)は、左右方向への堆積(超微粒子シリカ化合物同士の結合であり得る。)も実現し得るため、例えば、図1に示すような、複雑な凹凸構造が形成されるものと考えられる。また、超微粒子シリカ化合物の気相成長においても、超微粒子シリカ化合物の表面に気体分子状の有機ケイ素化合物が上記と同様に堆積してゆくことにより成長が進行し、粒状シリカ化合物が形成される。これにより、例えば図2Bに示すような、当該複雑な形態を維持した超撥水膜が形成される。なお、かかる気相成長の段階においては、例えば、雰囲気温度により粒子の表面エネルギーが高まり、粒状シリカ化合物同士の結合や一体化、表面の平坦化等が生じ得る。また、局所的に堆積を重ねた突起部が斜方ないしは横方に傾いて、さらに複雑な形態をとり得る。   Although it is difficult to express its form appropriately, in general, the flat surface is disturbed in the process in which the ultrafine silica compound is preferentially deposited upward, and partial deposition occurs in the disordered portion. As it progresses, small protrusions grow. Further, the surface of the projection is disturbed, and further minute projections grow from the projection. However, since the ultrafine silica compound having a large surface energy (particularly the ultrafine silica compound at the tip) can also be deposited in the left-right direction (can be a bond between ultrafine silica compounds), for example, FIG. It is considered that a complicated uneven structure as shown is formed. In the vapor phase growth of the ultrafine silica compound, the growth proceeds by the deposition of the gaseous molecular organosilicon compound on the surface of the ultrafine silica compound in the same manner as above, and a granular silica compound is formed. . As a result, for example, a super water-repellent film that maintains the complicated shape as shown in FIG. 2B is formed. In this vapor phase growth stage, for example, the surface energy of the particles is increased by the atmospheric temperature, and bonding and integration of the granular silica compounds, surface flattening, and the like can occur. Further, the protrusions that are locally accumulated may be inclined obliquely or laterally, and may take a more complicated form.

このような凹凸は、例えば、膜の最大厚みが100μm程度であったとき、その最小厚みは20μm〜50μm程度となることがあり得る。換言すると、凹凸を構成する突起部は、高さが50μm〜80μm程度の範囲で様々な高さでありうる。また、突起部の間に形成される空間は、全体として、基材からの厚みが厚くなるほど拡大する傾向にはあるものの、基材からの厚みが厚くなる方向に行くほど粒状シリカ化合物の粒径よりも大きい寸法で狭まる部分が存在し得る。
かかる形状は、一見無秩序的であり、完全にフラクタルな秩序性は見られないものの、自己アフィン性を示し得る。そして、水に対する撥水性は、150度以上の超撥水性を示し得る。すなわち、気相成長させた後も、150度以上の超撥水性を維持している。すなわち、透明な超撥水性膜が強固に結合されている超撥水性材料が提供される。
For example, when the maximum thickness of the film is about 100 μm, the minimum thickness can be about 20 μm to 50 μm. In other words, the protrusions constituting the unevenness can have various heights in the range of about 50 μm to 80 μm. The space formed between the protrusions as a whole tends to expand as the thickness from the base material increases, but the particle size of the granular silica compound increases in the direction from which the thickness from the base material increases. There may be a narrowing portion with larger dimensions.
Such a shape is seemingly disordered and can exhibit self-affinity, although no perfectly fractal ordering is observed. And the water repellency with respect to water can show the super water repellency of 150 degree | times or more. That is, even after vapor phase growth, super water repellency of 150 degrees or more is maintained. That is, a super water-repellent material in which a transparent super water-repellent film is firmly bonded is provided.

以上、本発明の超撥水性材料と、その製造方法について、好適な実施形態に基づき説明したが、かかる超撥水性材料の構成および製造方法はこの例に限定されず、適宜に態様を変化して行うことができる。例えば、基材に形成する金属性表面は、必ずしも真空蒸着の手段により形成する必要はなく、例えば、基材の表面に凹凸構造を形成した後にプラズマCVD法等の低圧性膜法等の各種の成膜手法により形成してもよい。また、熱プラズマを発生させる装置についても、例えば、三相交流アーク放電型のプラズマトーチによっても好適に発生させることができる。また、熱プラズマの発生条件は、実際に使用するプラズマ発生装置や有機シリカ化合物、基材等の条件に応じて適宜調節できることは言うまでもない。   As described above, the super water-repellent material of the present invention and the manufacturing method thereof have been described based on the preferred embodiments. However, the configuration and the manufacturing method of the super water-repellent material are not limited to this example, and the mode is appropriately changed. Can be done. For example, the metallic surface to be formed on the substrate does not necessarily have to be formed by means of vacuum vapor deposition. For example, after forming a concavo-convex structure on the surface of the substrate, various types of low-pressure film methods such as plasma CVD are used. You may form by the film-forming method. Also, a device for generating thermal plasma can be suitably generated by, for example, a three-phase AC arc discharge type plasma torch. Needless to say, the conditions for generating the thermal plasma can be appropriately adjusted according to the conditions of the plasma generator, the organic silica compound, the base material, etc. that are actually used.

以上の通り、本発明の超撥水性材料の製造方法は、例えば超撥水膜を任意の基材に密着性良く、かつ、比較的低温(例えば350℃以下)で形成し得る手法と理解することができる。これにより、例えば、透明な超撥水膜を、任意の基材に密着性良く形成することが可能となる。
次に、本発明に関する実施例を示すとともに、本発明についてさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
As described above, the method for producing a super water-repellent material of the present invention is understood to be a technique that can form a super water-repellent film on an arbitrary base material with good adhesion and at a relatively low temperature (for example, 350 ° C. or lower). be able to. Thereby, for example, a transparent super water-repellent film can be formed on an arbitrary substrate with good adhesion.
Next, examples relating to the present invention will be described, and the present invention will be described in more detail. However, it is not intended that the present invention be limited to that shown in such examples.

[実施形態1]
基材としてガラス基板を用い、以下の手順で基板上に超撥水膜を形成し、超撥水材料を得た。
1.基板の準備
ガラス基板の表面に付着している有機物等を除去するために、ビーカーにガラス基板およびエタノールを入れて超音波洗浄機にて30分間程洗浄した。エタノールから取り出したガラス基板を乾燥させた後、さらに、ビーカーにガラス基板およびアセトンを入れて超音波洗浄機にて30分間ほど洗浄した。
[Embodiment 1]
Using a glass substrate as a base material, a super water-repellent film was formed on the substrate by the following procedure to obtain a super water-repellent material.
1. Preparation of substrate In order to remove organic substances adhering to the surface of the glass substrate, the glass substrate and ethanol were placed in a beaker and washed with an ultrasonic cleaner for about 30 minutes. After the glass substrate taken out from ethanol was dried, the glass substrate and acetone were further put into a beaker and washed with an ultrasonic cleaner for about 30 minutes.

2.金属性表面の形成
本実施形態では、金属薄膜によるコーティングを比較的簡便に実施できる真空蒸着法を採用して、ガラス基板に金属性表面としての銅(Cu)膜を形成した。すなわち、上記のとおり洗浄したガラス基板を真空チャンバー内に設置し、板状フィラメントにCu片を載置した状態で、チャンバー内をロータリーポンプにて1×10−3Torrまで排気し、さらに、拡散ポンプにて1×10−5Torrまで減圧した。次いで、フィラメントに通電することでCuを溶解させ、発生したCuの蒸気をガラス基板上に堆積させることで、Cu膜を形成した。なお、Cu膜は、フィラメントと基板との間に設けたシャッターの開閉により約1μmの膜厚となるように形成した。Cu膜が形成されたガラス基板は、シリカ乾燥材を入れた乾燥容器内にて保管した。
2. Formation of Metallic Surface In this embodiment, a copper (Cu) film as a metallic surface was formed on a glass substrate by employing a vacuum vapor deposition method that can be applied with a metal thin film relatively easily. That is, the glass substrate cleaned as described above is placed in a vacuum chamber, and the inside of the chamber is evacuated to 1 × 10 −3 Torr with a rotary pump in a state where a Cu piece is placed on a plate-like filament, and further diffused The pressure was reduced to 1 × 10 −5 Torr with a pump. Next, by energizing the filament, Cu was dissolved, and the generated Cu vapor was deposited on the glass substrate to form a Cu film. The Cu film was formed to a thickness of about 1 μm by opening and closing a shutter provided between the filament and the substrate. The glass substrate on which the Cu film was formed was stored in a drying container containing a silica desiccant.

3.超微粒子シリカ化合物の形成
Cu膜が形成されたガラス基板を図11に示す溶射用プラズマ発生装置内に設置した。ガラス基板は、基板温度が約100℃程度となるようにプラズマ噴射口から120mm離して設置した。また、後述の原料ガスは、プラズマ噴射口と基板との間で、基板からの距離が10mmの位置に導入口を設置した。
まず、キャリアガスとしてのArガスを6L/minの流量で供給しながらプラズマ発生用電極間に電圧24.8V、電流25Aを印加して発生させたプラズマを、基板に5分間照射した。次いで、キャリアガスを、ArガスにHガスを1%添加したものに切り替えて発生させたプラズマを、基板に5分間照射した。その後、液体の1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)にArガスを0.4L/minの流量で注入してバブリングさせることで気化させたTMCTSを原料ガスとし、6L/minのArガスとともに導入しながら発生させたプラズマを、基板に7分間照射した。これにより、ガラス基板上のCu膜の表面に、超微粒子シリカ化合物を堆積させた。
3. Formation of Ultrafine Silica Compound A glass substrate on which a Cu film was formed was placed in a thermal spraying plasma generator shown in FIG. The glass substrate was placed 120 mm away from the plasma injection port so that the substrate temperature was about 100 ° C. In addition, a source gas to be described later was provided with an introduction port at a position where the distance from the substrate was 10 mm between the plasma injection port and the substrate.
First, the substrate was irradiated with plasma generated by applying a voltage of 24.8 V and a current of 25 A between plasma generating electrodes while supplying Ar gas as a carrier gas at a flow rate of 6 L / min for 5 minutes. Next, the substrate was irradiated with plasma generated by switching the carrier gas to Ar gas added with 1% H 2 gas for 5 minutes. Then, TMCTS vaporized by injecting Ar gas into liquid 1,3,5,7-tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS) at a flow rate of 0.4 L / min and bubbling was used as a raw material gas, and 6 L / The substrate was irradiated with plasma generated while being introduced together with Ar gas for 7 minutes. Thereby, the ultrafine silica compound was deposited on the surface of the Cu film on the glass substrate.

ここで、上記で得られた超微粒子シリカ化合物が堆積したガラス基板を破断し、破断面と表面とを走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。その結果を、図1(a)破断面および(b)表面として示した。
図1(a)に示されるように、ガラス基板上には、粒径が数0.010μm〜数0.1μm程度の超微粒子状のシリカが堆積しているのが確認された。これらの超微粒子は明瞭な輪郭を有しており、気相中で超微粒子の核が形成され、核成長が進行する前にパウダー状の粒子として合成されており、粒子間に空気を含みながら(空隙をもって)ふんわりと堆積している様子が見てとれる。超微粒子シリカ化合物はランダムに堆積しており、その最表面には極めて複雑で微細な凹凸が形成されていた。この場合の超微粒子シリカ化合物のおおよその堆積高さ(厚み)は約50μmであった。
Here, the glass substrate on which the ultrafine silica compound obtained above was deposited was broken, and the fracture surface and the surface were observed with a scanning electron microscope (SEM). The results are shown as FIG. 1 (a) fracture surface and (b) surface.
As shown in FIG. 1A, it was confirmed that ultrafine silica particles having a particle size of about several tens of .mu.m to several 0.1 .mu.m were deposited on the glass substrate. These ultrafine particles have a clear outline, nuclei of ultrafine particles are formed in the gas phase, and are synthesized as powder particles before the nucleus growth proceeds. You can see how it is gently deposited (with voids). The ultrafine silica compound was deposited randomly, and extremely complex and fine irregularities were formed on the outermost surface. In this case, the approximate deposition height (thickness) of the ultrafine silica compound was about 50 μm.

4.超微粒子シリカ化合物の成長
上記で得られた超微粒子シリカ化合物が堆積されたガラス基板と、ガラス容器に入れたTMCTSとを、密閉が可能なステンレス容器に入れて密閉し、電気炉にて昇温速度5℃/min、(A)240℃,(B)260℃,(C)270℃および(D)290℃の4通りの温度まで加熱して各温度で3時間保持した後、電気炉の電源を切って室温まで炉冷した。このようにして得たガラス基板を、それぞれサンプル(A)〜(D)とした。
そしてサンプル(A)〜(D)を破断し、破断面と表面とを走査型電子顕微鏡(SEM)にてそれぞれ観察した。その結果を、図2A〜図2Dに示した。なお、サンプル(A)〜(C)については、(a)破断面および(b)表面の観察結果を、サンプル(D)については(a)破断面の観察結果と、その部分拡大図(b)を示した。
4). Growth of ultrafine silica compound The glass substrate on which the ultrafine silica compound obtained above is deposited and TMCTS placed in a glass container are sealed in a sealable stainless steel container and heated in an electric furnace. After heating to four temperatures of 5 ° C / min, (A) 240 ° C, (B) 260 ° C, (C) 270 ° C and (D) 290 ° C and holding at each temperature for 3 hours, The power was turned off and the furnace was cooled to room temperature. The glass substrates thus obtained were used as samples (A) to (D), respectively.
Samples (A) to (D) were fractured, and the fracture surface and the surface were observed with a scanning electron microscope (SEM). The results are shown in FIGS. 2A to 2D. For samples (A) to (C), (a) fracture surface and (b) surface observation results, and for sample (D), (a) fracture surface observation results and partially enlarged view (b) )showed that.

図2A〜図2Dの比較からわかるように、熱処理の温度が高くなるにつれて超微粒子シリカ化合物の粒径が増大し、堆積高さ(厚み)も増していることが確認できた。例えば、図2D(a)および(b)等に示されるように、超微粒子シリカ化合物の粒径は、数μm程度にも増大しており、膜厚も平均して約30μm〜100μm程度と増しているのがわかった。また、各々の超微粒子シリカ化合物は周囲のシリカとネックを形成して結合しており、超微粒子シリカ化合物の間にみられた空隙も全体としては小さくなっていることが確認できた。また、粒子間に形成される空間は、全体として、基板からの厚みが厚くなるほど拡大する傾向にはあるものの、例えば図2A(a)等に示されるように、基板に平行な方向に空間が広がる部分があるのが観察された。また、基板からの厚みが厚くなる方向に行くほど粒状シリカ化合物の粒径よりも大きい寸法で狭まる部分が多数存在し得ることも確認された。   As can be seen from the comparison of FIGS. 2A to 2D, it was confirmed that the particle size of the ultrafine silica compound increased and the deposition height (thickness) increased as the temperature of the heat treatment increased. For example, as shown in FIGS. 2D (a) and (b), the particle diameter of the ultrafine silica compound is increased to about several μm, and the average film thickness is increased to about 30 μm to 100 μm. I found out. It was also confirmed that each ultrafine silica compound was bonded to the surrounding silica by forming a neck, and the voids observed between the ultrafine silica compounds were reduced as a whole. Moreover, although the space formed between the particles tends to expand as the thickness from the substrate increases as a whole, for example, as shown in FIG. 2A (a), the space is parallel to the substrate. It was observed that there was a spreading part. It was also confirmed that as the thickness from the substrate increases, there may be many portions that narrow with a size larger than the particle size of the granular silica compound.

なお、シリカ源として用いたTMCTSは、沸点が130℃程度であって容易に気化され、また重合し易いという性質を有する。これらのことから、先のプラズマ熱還元処理により形成された超微粒子シリカ化合物を、さらにTMCTSの蒸気に晒すことで、超微粒子シリカ化合物が成長していることがわかった。超微粒子状のシリカは非常に活性が高く不安定であることから、安定になろうとする傾向が強い。そのため、熱エネルギーを与えることで、容易に、しかもランダムな付着条件で付着して粒成長し、粒子間の結合を形成するものと考えられる。   Note that TMCTS used as a silica source has a boiling point of about 130 ° C., is easily vaporized, and is easily polymerized. From these facts, it was found that the ultrafine silica compound was grown by further exposing the ultrafine silica compound formed by the previous plasma thermal reduction treatment to the vapor of TMCTS. Since ultrafine silica is very active and unstable, it tends to become stable. Therefore, it is considered that, by applying thermal energy, the particles grow easily and grow under random deposition conditions to form bonds between the particles.

なお、ガラス基板上に設けられたCu膜もまた活性で安定になろうとする傾向が強い。そのため、図2D(b)に示されるように、超微粒子シリカ化合物はCu膜に密着しているのが確認された。   Note that the Cu film provided on the glass substrate also tends to be active and stable. Therefore, as shown in FIG. 2D (b), it was confirmed that the ultrafine silica compound was in close contact with the Cu film.

[評価]
[FT−IR分析]
以上のようにして作製されたサンプルのうち、超微粒子シリカ化合物を成長させる際の温度を(B)260℃,(C)270℃および(D)290℃としたサンプル(B)〜(D)と、超微粒子シリカ化合物を成長させなかったサンプル(X)とについてフーリエ変換赤外分光分析(FT−IR)を行い、超微粒子シリカ化合物の堆積物における化学結合状態を分析した。FT−IRスペクトルの測定には、フーリエ変換赤外吸収分光測定(FT−IR;(株)島津製作所製,FTIR8400S、制御ソフトウェア;IRPrestige−21)を行いた。その結果を図3に示した。
気相成長させていない、すなわちプラズマ熱還元コーティングのみにより形成された超微粒子シリカ化合物を備えるサンプル(X)と比較して、気相成長を行ったサンプル(B)〜(D)は、気相成長の際の温度が高くなるほど、CH−,Si−CH,Si−O−Si,Si−OHおよびSi−CHの各結合に帰属するピーク強度が高くなっていくことが確認できた。なお、気相成長の際の温度が高くなるほどSi−O−Siのピークが増大していることから、超微粒子シリカ化合物の結晶性が向上することがわかった。また、気相成長の際の温度が高くなるほどSi−CHのピークが著しく高まることから、撥水性も向上されることが示された。
[Evaluation]
[FT-IR analysis]
Among the samples prepared as described above, samples (B) to (D) in which the temperature when growing the ultrafine silica compound was (B) 260 ° C., (C) 270 ° C. and (D) 290 ° C. Then, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) was performed on the sample (X) on which the ultrafine silica compound was not grown, and the chemical bonding state in the deposit of the ultrafine silica compound was analyzed. For the measurement of the FT-IR spectrum, Fourier transform infrared absorption spectroscopy (FT-IR; manufactured by Shimadzu Corporation, FTIR8400S, control software; IRPreset-21) was performed. The results are shown in FIG.
Samples (B) to (D), which were not vapor-phase-grown, that is, vapor-phase-grown compared with sample (X) comprising ultrafine silica compound formed only by plasma thermal reduction coating, It was confirmed that the peak intensity attributed to each bond of CH X- , Si-CH 3 , Si-O-Si, Si-OH and Si-CH 3 increased as the temperature during growth increased. . In addition, since the peak of Si—O—Si increased as the temperature during vapor phase growth increased, it was found that the crystallinity of the ultrafine particle silica compound was improved. Moreover, since the peak of Si—CH 3 was remarkably increased as the temperature during vapor phase growth was higher, it was shown that the water repellency was also improved.

[撥水性評価]
上記のサンプル(X),(B)〜(D)について、水の接触角を測定した。接触角の測定には、接触角測定装置(協和界面科学(株)製、CA−Z)を用い、サンプル表面に所定の体積の純水を滴下させ、一定時間が経過した後にCCDカメラを用いて水滴形状を観察することで接触角を求める方法を採用した。
その結果、いずれのサンプルも水の接触角が150度以上であって、超撥水性を示すことが確認された。つまり、気相成長温度を300℃近くまで上昇させた場合であっても、接触角は150度以上を維持していた。なお、測定のためにサンプル表面に滴下した水滴は濡れずに弾かれて略球状となり、サンプルを少し動かすことでサンプル表面を転がる様子が観察された。その際の様子から、サンプル(B)〜(D)については、水の接触角が150度を上回っていることが予想された。
[Water repellency evaluation]
The contact angle of water was measured for the above samples (X) and (B) to (D). The contact angle is measured by using a contact angle measuring device (Kyowa Interface Science Co., Ltd., CA-Z), dropping a predetermined volume of pure water on the sample surface, and using a CCD camera after a certain period of time. The method of obtaining the contact angle by observing the water droplet shape was adopted.
As a result, it was confirmed that all samples had a water contact angle of 150 degrees or more and exhibited super water repellency. That is, even when the vapor phase growth temperature was raised to nearly 300 ° C., the contact angle was maintained at 150 ° or more. In addition, the water droplet dripped on the sample surface for the measurement was bounced without getting wet and became a substantially spherical shape, and it was observed that the sample surface was rolled by moving the sample slightly. From the situation at that time, it was predicted that the contact angle of water exceeded 150 degrees for samples (B) to (D).

[スクラッチ試験]
ガラス基板と、該ガラス基板上に形成された超微粒子シリカ化合物の堆積膜との膜密着強度を評価するために、JIS R−3255(ガラスを基板とした薄膜の付着性試験方法)に準じ、スクラッチ試験機を用いてスクラッチ試験を行った。
なお、このスクラッチ試験に用いたサンプルは以下の条件で作製した。すなわち、まず、上記の「3.超微粒子シリカ化合物の形成」においてガラス基板をプラズマ噴射口から120mm離して設置し、TMCTSおよびArガスを供給しながら発生させたプラズマを(1)11分間および(2)12分間の2とおりで照射した。次いで、かかる基板に対し、「4.超微粒子シリカ化合物の成長」における気相成長温度を、室温(25℃)と、200℃以上の温度とで変化させてシリカ化合物を気相成長させ、その他の条件は上記と同様にした。スクラッチ試験の条件は以下の通りとした。
[Scratch test]
In order to evaluate the film adhesion strength between the glass substrate and the deposited film of the ultrafine silica compound formed on the glass substrate, according to JIS R-3255 (Method for Adhesion Test of Thin Film Using Glass as Substrate) A scratch test was conducted using a scratch tester.
The sample used for this scratch test was prepared under the following conditions. That is, first, in the above “3. Formation of ultrafine silica compound”, the glass substrate is placed 120 mm away from the plasma injection port, and the plasma generated while supplying TMCTS and Ar gas is (1) 11 minutes and ( 2) Irradiated in two ways for 12 minutes. Next, the vapor phase growth temperature in “4. Growth of ultrafine silica compound” is changed between room temperature (25 ° C.) and a temperature of 200 ° C. or higher with respect to such a substrate. The conditions were the same as above. The scratch test conditions were as follows.

ダイヤモンド圧子先端形状:R=10.0μm
荷重負荷速度:54.13mN/mm
ステージ速度:9.8μm/sec
ステージ角度:3deg
かかる試験により測定された、超撥水膜がガラス基板から剥がれ始める際の臨界荷重を、図4に示した。なお、図中、△印はプラズマを11分間照射して作製したサンプルの臨界荷重を、○印はプラズマを12分間照射して作製したサンプルの臨界荷重を示している。
図4から明らかなように、気相成長の際の温度が200℃程度を超えると、臨界荷重が急激に増大することが確認できた。これは、超微粒子シリカ化合物が粒成長すること、シリカと基板表面のCu膜とが化合物を形成して強固に結合すること、さらに、かかる化合物の形成により超微粒子シリカ化合物の堆積膜の結晶性および基板との密着性が大幅に改善されること、によるものと考えられる。
Diamond indenter tip shape: R = 10.0 μm
Load load speed: 54.13 mN / mm
Stage speed: 9.8 μm / sec
Stage angle: 3deg
FIG. 4 shows the critical load measured by such a test when the super water-repellent film starts to peel off from the glass substrate. In the figure, Δ indicates the critical load of a sample prepared by irradiating with plasma for 11 minutes, and ○ indicates the critical load of a sample prepared by irradiating with plasma for 12 minutes.
As is clear from FIG. 4, it was confirmed that the critical load rapidly increased when the temperature during vapor phase growth exceeded about 200 ° C. This is because the ultrafine silica compound grows, the silica and the Cu film on the surface of the substrate form a compound and binds firmly, and the crystallinity of the deposited film of the ultrafine silica compound by the formation of such a compound. In addition, it is considered that the adhesion with the substrate is greatly improved.

[実施形態2]
<Cu膜>
上記実施形態1の「4.超微粒子シリカ化合物の気相成長」における気相成長温度を265℃,280℃,300℃,330℃および350℃とし、その他の条件は実施形態1と同様にして、ガラス基板上にCu膜の成膜、プラズマ熱還元による超微粒子シリカ化合物の堆積、および、シリカの気相成長を行い、超微粒子シリカ化合物からなる堆積膜(超撥水膜)を形成した。また、気相成長温度を350℃とした場合については、かかる温度での保持時間3時間から1時間へと短縮した条件でも、超微粒子シリカ化合物からなる堆積膜(超撥水膜)を形成した。
[Embodiment 2]
<Cu film>
The vapor phase growth temperature in “4. Vapor phase growth of ultrafine silica compound” in the first embodiment is 265 ° C., 280 ° C., 300 ° C., 330 ° C. and 350 ° C., and other conditions are the same as in the first embodiment. Then, a Cu film was formed on a glass substrate, deposition of an ultrafine silica compound by plasma thermal reduction, and vapor phase growth of silica were performed to form a deposited film (superhydrophobic film) made of ultrafine silica compound. In addition, when the vapor phase growth temperature was set to 350 ° C., a deposited film (super water-repellent film) made of an ultrafine silica compound was formed even under the condition that the holding time at such temperature was reduced from 3 hours to 1 hour. .

<Ni膜>
ガラス基板に形成する金属性表面として、ニッケル(Ni)膜を作製した。すなわち、上記実施形態1の「2.金属性表面の形成」において、Cu片に代えてNi片を板状フィラメントに載置し、後は同様にしてNi膜からなる金属性表面を形成した。その後、「4.超微粒子シリカ化合物の気相成長」における気相成長温度を330℃および350℃とし、その他の条件は実施形態1と同様にして、超微粒子シリカ化合物からなる堆積膜(超撥水膜)を形成した。なお、気相成長温度を350℃とした場合については、かかる温度での保持時間を1時間と短縮した条件においても、超微粒子シリカ化合物からなる堆積膜(超撥水膜)を形成した。
<Ni film>
A nickel (Ni) film was produced as a metallic surface to be formed on the glass substrate. That is, in “2. Formation of metallic surface” in Embodiment 1 above, Ni pieces were placed on the plate filaments instead of Cu pieces, and thereafter a metallic surface made of a Ni film was similarly formed. Thereafter, the vapor phase growth temperature in “4. Vapor phase growth of ultrafine silica compound” is set to 330 ° C. and 350 ° C., and the other conditions are the same as in the first embodiment. Water film) was formed. When the vapor phase growth temperature was 350 ° C., a deposited film (super water-repellent film) made of an ultrafine silica compound was formed even under the condition that the holding time at such temperature was shortened to 1 hour.

[膜硬度]
上記の通り、ガラス基板上に形成された超微粒子シリカ化合物の堆積膜について、成膜条件と膜硬度との関係を評価するために、ナノインデンテーション(押込み)法による膜の硬度測定を行った。膜硬度の測定には、ナノインデンター(ハイジトロン社製、TI900−D)を用い、三角錐型圧子をサンプル表面に初期接触荷重0.03mNで押し込んだ時の変位と、除荷曲線とから、マイヤー硬さpm(GPa)を算出した。その結果を、図5に示した。
図5に示されるように、超微粒子シリカ化合物の気相成長温度を上昇させることで、超微粒子シリカ化合物の堆積膜の膜硬度を大幅に高められることが確認できた。また、気相成長時間をより長くすることでも膜硬度を高め得ることが確認できた。特に、気相成長温度を260℃程度以上とすることで、膜硬度を著しく膜硬度を高め得ることが確認できた。
なお、基板の金属性表面をCu膜からNi膜へと代えた場合や、気相成長時間を変化させた場合は、成長温度を変化させた場合に比べて、得られる超微粒子シリカ化合物の堆積膜の膜硬度に顕著な差異は認められなかった。
[Film hardness]
As described above, for the deposited film of ultrafine silica compound formed on the glass substrate, the film hardness was measured by the nanoindentation (indentation) method in order to evaluate the relationship between the film forming conditions and the film hardness. . For the measurement of film hardness, a nanoindenter (TI900-D, manufactured by Heiditron Co., Ltd.) was used. From the displacement and unloading curve when a triangular pyramid-type indenter was pushed into the sample surface with an initial contact load of 0.03 mN. The Meyer hardness pm (GPa) was calculated. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 5, it was confirmed that the film hardness of the deposited film of the ultrafine silica compound can be significantly increased by increasing the vapor phase growth temperature of the ultrafine silica compound. It was also confirmed that the film hardness could be increased by increasing the vapor phase growth time. In particular, it was confirmed that the film hardness can be remarkably increased by setting the vapor phase growth temperature to about 260 ° C. or higher.
In addition, when the metallic surface of the substrate is changed from a Cu film to a Ni film, or when the vapor phase growth time is changed, deposition of the resulting ultrafine silica compound is performed as compared with the case where the growth temperature is changed. No significant difference was observed in the film hardness of the film.

[実施形態3]
<Al膜>
ガラス基板に形成する金属性表面として、アルミニウム(Al)膜を作製した。すなわち、上記実施形態1の「2.金属性表面の形成」において、Cu片に代えてAl片を板状フィラメントに載置し、後は同様にしてAl膜からなる金属性表面を形成した。その後、「4.超微粒子シリカ化合物の気相成長」における気相成長温度を265℃とし、その他の条件は実施形態1と同様にして、超微粒子シリカ化合物からなる堆積膜(超撥水膜)を形成した。
この様にして得られたサンプルを破断し、その表面と破断面とをSEMにより観察した。その結果、表面の中心付近のSEM像を図6(a)に、断面のSEM像を(b)に示した。
図6に示されるように、金属性表面をAl膜とした場合も、Cu膜の場合と同様の、超微粒子シリカ化合物の粒成長、基板との接合(Si−Alの化合物の形成)、150度以上の水接触角となる超微粒子シリカ化合物の堆積膜が得られたことが確認された。
[Embodiment 3]
<Al film>
An aluminum (Al) film was produced as a metallic surface to be formed on the glass substrate. That is, in “2. Formation of metallic surface” in the first embodiment, an Al piece was placed on the plate filament instead of the Cu piece, and thereafter a metallic surface made of an Al film was formed in the same manner. Thereafter, the vapor phase growth temperature in “4. Vapor phase growth of ultrafine silica compound” is set to 265 ° C., and the other conditions are the same as in the first embodiment, and a deposited film (superhydrophobic film) made of ultrafine silica compound Formed.
The sample thus obtained was broken, and the surface and fracture surface were observed by SEM. As a result, an SEM image near the center of the surface is shown in FIG. 6A, and an SEM image of the cross section is shown in FIG.
As shown in FIG. 6, when the metallic surface is an Al film, the growth of ultrafine silica compound, bonding with the substrate (formation of Si—Al compound), 150, as in the case of the Cu film, It was confirmed that a deposited film of ultrafine silica compound having a water contact angle of more than 1 degree was obtained.

[実施形態4]
<Ni膜>
本実施形態では、実施形態1の「2.金属性表面の形成」において、ガラス基板に形成する金属性表面としてニッケル(Ni)膜を採用し、「4.超微粒子シリカ化合物の気相成長」における気相成長温度を350℃とし、その他の条件は実施形態1と同様にして、超微粒子シリカ化合物からなる堆積膜(超撥水膜)を形成した。なお、気相成長温度を350℃とした場合については、かかる温度での保持時間を1時間と短縮した条件においても、超微粒子シリカ化合物からなる堆積膜(超撥水膜)を形成した。
この様にして得られたサンプルを破断し、その表面と破断面とをSEMにより観察した。その結果、表面の中心付近のSEM像を図7(a)に、断面のSEM像を(b)に示した。
[Embodiment 4]
<Ni film>
In the present embodiment, a nickel (Ni) film is employed as the metallic surface formed on the glass substrate in “2. Formation of metallic surface” in Embodiment 1, and “4. Vapor phase growth of ultrafine silica compound”. The vapor deposition temperature in was set at 350 ° C., and other conditions were the same as in Embodiment 1, and a deposited film (super water-repellent film) made of an ultrafine silica compound was formed. When the vapor phase growth temperature was 350 ° C., a deposited film (super water-repellent film) made of an ultrafine silica compound was formed even under the condition that the holding time at such temperature was shortened to 1 hour.
The sample thus obtained was broken, and the surface and fracture surface were observed by SEM. As a result, the SEM image near the center of the surface is shown in FIG. 7A, and the SEM image of the cross section is shown in FIG. 7B.

図7(a)に示されるように、得られた超微粒子シリカ化合物の堆積膜は、実施形態1〜3で得られた超微粒子シリカ化合物堆積膜とは若干異なり、高温で気相成長を試みたにも関わらずシリカの粒成長がさほど進んでおらず、どちらかというとプラズマ熱還元により形成されたポーラスな状態に近いものであった。図7(b)の断面像からわかるように、超微粒子シリカ化合物の堆積膜は、基板に近い領域で、約2μmの厚みに成長した柱状のシリカ粒子が見られ、その表面に空気を含んだようにふんわりとシリカ粒子が堆積しているのが観察された。また、基板は、Si−Niの混合層が形成されていることが伺えた。しかしながら、かかる堆積膜は、水の接触角が150度以上の超撥水性を示すことが確認された。また、図5に示すように、気相法で加熱することによって硬度が上昇することが確認された。   As shown in FIG. 7A, the ultrafine particle silica compound deposition film obtained is slightly different from the ultrafine silica compound deposition films obtained in Embodiments 1 to 3, and vapor phase growth is attempted at a high temperature. Nevertheless, the silica grain growth did not progress so much, rather it was close to the porous state formed by plasma thermal reduction. As can be seen from the cross-sectional image in FIG. 7 (b), in the deposited film of ultrafine silica compound, columnar silica particles grown to a thickness of about 2 μm were seen in a region close to the substrate, and the surface contained air. It was observed that the silica particles were deposited as softly. Further, it was found that the substrate was formed with a mixed layer of Si—Ni. However, it was confirmed that such a deposited film exhibits super water repellency with a water contact angle of 150 degrees or more. Further, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the hardness was increased by heating by the vapor phase method.

[実施形態5]
本実施形態では、(a)Zn,(b)Cu,(c)Al,(d)Agおよび(e)Siからなる金属性表面に、プラズマ熱還元により超微粒子シリカ化合物を堆積させた後、超微粒子シリカ化合物を気相成長させて、超微粒子シリカ化合物の堆積膜を形成した。
気相成長は、(1)250℃で1時間の加熱を行うものと、(2)270℃で1時間の加熱を行うものとの2通りの条件で行った。
得られたサンプルを破断して破断面をSEMにより観察し、また表面を観察した結果を図8(a)〜(e)に示した。図8(a)〜(e)に示されるとおり、金属性表面の金属種を変えた場合でも、粒状シリカ化合物による複雑な凹凸構造を有する膜が形成されているのが確認できた。また、上記の金属性表面と堆積膜との間には、いずれも各金属とシリカとが反応して化合物が形成されていることが確認された。
また得られた粒状シリカ化合物の堆積膜の物理的特性はいずれも実施形態1と同様で、超撥水性と、高い膜密着性とを両立していることが確認された。
[Embodiment 5]
In this embodiment, after depositing an ultrafine silica compound by plasma thermal reduction on a metallic surface composed of (a) Zn, (b) Cu, (c) Al, (d) Ag, and (e) Si, The ultrafine particle silica compound was vapor-phase grown to form a deposited film of the ultrafine silica compound.
Vapor phase growth was carried out under two conditions: (1) heating at 250 ° C. for 1 hour and (2) heating at 270 ° C. for 1 hour.
The obtained sample was fractured, the fractured surface was observed by SEM, and the results of observing the surface are shown in FIGS. As shown in FIGS. 8A to 8E, even when the metal species on the metallic surface was changed, it was confirmed that a film having a complicated concavo-convex structure formed of the granular silica compound was formed. Moreover, it was confirmed that each metal and silica reacted to form a compound between the metallic surface and the deposited film.
In addition, the physical properties of the obtained deposited film of the granular silica compound were all the same as those in the first embodiment, and it was confirmed that both super water repellency and high film adhesion were compatible.

[実施形態6]
本実施形態では、SUS鋼からなる金属性表面に、プラズマ熱還元により超微粒子シリカ化合物を堆積させた後、超微粒子シリカ化合物を気相成長させて、超微粒子シリカ化合物の堆積膜を形成した。
気相成長は、(1)250℃で1時間の加熱を行うものと、(2)270℃で1時間の加熱を行うものとの2通りの条件で行い、サンプル(1)(2)を得た。
得られたサンプル(1)を破断して破断面をSEMにより観察し、その結果を図9Aに、サンプル(2)については図9Bに示した。これらの図から確認できるように、サンプル(1)には直径が1〜2μmの粒状シリカ化合物が、サンプル(2)には直径が1〜4μm程度の粒状シリカ化合物が、それぞれネックで結合して堆積しているのが確認された。それぞれのサンプルについて、スクラッチ試験を行った結果、サンプル(1)については臨界荷重77mN、サンプル(2)については臨界荷重125mNの結果が得られた。また、撥水性については、いずれのサンプルも150度以上であった。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれ得る。
[Embodiment 6]
In this embodiment, after depositing an ultrafine silica compound on a metallic surface made of SUS steel by plasma thermal reduction, the ultrafine silica compound was vapor-phase grown to form a deposited film of the ultrafine silica compound.
Vapor phase growth is performed under two conditions: (1) heating at 250 ° C. for 1 hour and (2) heating at 270 ° C. for 1 hour. Samples (1) and (2) are Obtained.
The obtained sample (1) was broken and the fractured surface was observed by SEM. The results are shown in FIG. 9A and the sample (2) is shown in FIG. 9B. As can be seen from these figures, a granular silica compound having a diameter of 1 to 2 μm is bonded to the sample (1), and a granular silica compound having a diameter of approximately 1 to 4 μm is bonded to the sample (2) at the neck. Accumulation was confirmed. As a result of the scratch test for each sample, a critical load of 77 mN was obtained for sample (1) and a critical load of 125 mN was obtained for sample (2). Moreover, about the water repellency, all the samples were 150 degree | times or more.
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The invention disclosed herein can include various modifications and alterations of the specific examples described above.

Claims (11)

金属性表面を有する基材に対して、有機ケイ素化合物を導入した大気圧雰囲気中でプラズマを発生させることにより、前記基材上に平均粒径が10nm〜2000nmの超微粒子シリカ化合物を堆積させること、
前記超微粒子シリカ化合物が堆積された基板を、200℃以上の温度で前記有機ケイ素化合物を含む雰囲気に曝すことにより前記超微粒子シリカ化合物を成長させ、平均粒径が10nm〜5000nmの粒状シリカ化合物が互いに結合してなる表面に凹凸構造を有する膜を形成すること、を包含する、超撥水性材料の製造方法。
By depositing an ultrafine particle silica compound having an average particle size of 10 nm to 2000 nm on the substrate by generating plasma in an atmospheric pressure atmosphere into which the organosilicon compound is introduced with respect to the substrate having a metallic surface. ,
The ultrafine particle silica compound is grown by exposing the substrate on which the ultrafine particle silica compound is deposited to an atmosphere containing the organosilicon compound at a temperature of 200 ° C. or higher, and a granular silica compound having an average particle size of 10 nm to 5000 nm is obtained. A method for producing a super water-repellent material, comprising forming a film having a concavo-convex structure on surfaces bonded to each other.
さらに、基材に金属膜を形成して前記金属性表面を有する基材を用意する工程を含み、
前記金属膜を、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)および鉄(Fe)からなる群から選択される少なくとも1種の金属又はその合金で構成する、請求項に記載の超撥水性材料の製造方法。
Further, the method includes a step of forming a metal film on a base material to prepare a base material having the metallic surface,
The metal film is at least one selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), silicon (Si), silver (Ag), zinc (Zn), and iron (Fe). They comprise a metal or an alloy thereof, method for manufacturing the super water-repellent material of claim 1.
前記金属膜を1μm以下の厚みに形成する、請求項に記載の超撥水性材料の製造方法。 The method for producing a super water-repellent material according to claim 2 , wherein the metal film is formed to a thickness of 1 μm or less. 前記基材として、ガラスまたは樹脂材料を用いる、請求項1〜のいずれか1項に記載の超撥水性材料の製造方法。 The method for producing a super water-repellent material according to any one of claims 1 to 3 , wherein glass or a resin material is used as the substrate. 金属性表面を有する基材と
前記基材上に備えられ、平均粒径が10nm〜5000nmの粒状シリカ化合物が互いに結合してなり、表面に凹凸構造を有する膜と、を備え
前記凹凸構造は、前記粒状シリカ化合物が前記基板の表面に対して垂直方向へ堆積してなる突起と、前記粒状シリカ化合物が前記基板の表面に対して平行方向および/または斜め方向へ堆積してなる突起と、を含む、超撥水性材料。
A substrate having a metallic surface;
Provided on the substrate, the average particle size becomes bonded particulate silica compound of 10nm~5000nm each other, and a film having an uneven structure on the surface,
The concavo-convex structure has protrusions formed by depositing the granular silica compound in a direction perpendicular to the surface of the substrate, and the granular silica compound is deposited in a direction parallel to and / or oblique to the surface of the substrate. A super-water-repellent material , comprising :
前記膜の表面における水の接触角は150度以上である、請求項に記載の超撥水性材料。 The super water-repellent material according to claim 5 , wherein a contact angle of water on the surface of the film is 150 degrees or more. 前記膜と前記金属性表面との界面には、前記膜と前記金属性表面とが反応されてなる反応層が形成されている、請求項5または6に記載の超撥水性材料。 The super water-repellent material according to claim 5 or 6 , wherein a reaction layer formed by a reaction between the film and the metallic surface is formed at an interface between the film and the metallic surface. 前記金属性表面は厚みが1μm以下である、請求項5〜7のいずれか1項に記載の超撥水性材料。 The super-water-repellent material according to claim 5 , wherein the metallic surface has a thickness of 1 μm or less. スクラッチ試験に基づく前記基材から前記膜が剥離する際の臨界荷重は、50mN以上である、請求項5〜8のいずれか1項に記載の超撥水性材料。 The superhydrophobic material according to any one of claims 5 to 8 , wherein a critical load when the film is peeled from the substrate based on a scratch test is 50 mN or more. 前記基材がガラスまたは樹脂であって、
前記金属性表面は、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)、ケイ素(Si)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)および鉄(Fe)からなる群から選択される少なくとも1種の金属又はその合金で構成されている、請求項5〜9のいずれか1項に記載の超撥水性材料。
The substrate is glass or resin,
The metallic surface is at least one selected from the group consisting of copper (Cu), nickel (Ni), aluminum (Al), silicon (Si), silver (Ag), zinc (Zn) and iron (Fe). The super water-repellent material according to any one of claims 5 to 9 , wherein the super water-repellent material is made of any of the above metals or alloys thereof.
金属性表面を有する基材上に、平均粒径が10nm〜5000nmの粒状シリカ化合物が互いに結合してなり、表面に凹凸構造を有する膜が備えられた超撥水性材料であって、
前記膜は、
前記基材に対して有機ケイ素化合物を導入した大気圧雰囲気中でプラズマを発生させることにより、前記基材上に平均粒径が10nm〜2000nmの超微粒子シリカ化合物を堆積させること、
前記超微粒子シリカ化合物が堆積された基板を、200℃以上の温度で前記有機ケイ素化合物を含む雰囲気に曝すことにより前記超微粒子シリカ化合物を成長させ、平均粒径が10nm〜5000nmの粒状シリカ化合物が互いに結合してなる表面に凹凸構造を有する膜を形成すること、
により製造されている、超撥水性材料。
A super water-repellent material in which a granular silica compound having an average particle size of 10 nm to 5000 nm is bonded to each other on a base material having a metallic surface, and a film having a concavo-convex structure is provided on the surface,
The membrane is
Depositing an ultrafine silica compound having an average particle size of 10 nm to 2000 nm on the substrate by generating plasma in an atmospheric pressure atmosphere in which an organosilicon compound is introduced to the substrate;
The ultrafine particle silica compound is grown by exposing the substrate on which the ultrafine particle silica compound is deposited to an atmosphere containing the organosilicon compound at a temperature of 200 ° C. or higher, and a granular silica compound having an average particle size of 10 nm to 5000 nm is obtained. Forming a film having a concavo-convex structure on surfaces bonded to each other;
Super water-repellent material manufactured by
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