JP6943447B2 - 超低反射率の疎水性コーティングおよびその方法 - Google Patents
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Description
すなわち、光吸収が生じるために、
Ephoton=hν=ΔEmolecule=Eupper state−Elower state
フッ素および炭素またはオルガノシランおよび炭素成分を含むプラズマをカーボンナノ構造体の層で発生させるステップと、
プラズマによって、
a)カーボンナノ構造体の先端をともにクラスタ化させ、かつ
b)フッ化炭素またはオルガノシランのコーティングをカーボンナノ構造体層上に部分的に形成させるステップであって、コーティングが疎水性である、ステップと、を含む。
密閉可能なチャンバと、
チャンバ内に配設された第1および第2の電極であって、第1および第2の電極のうちの1つが基板を支持するように構成される、第1および第2の電極と、
チャンバ内でプラズマを発生させるように動作可能なプラズマ発生器と、
チャンバに結合されたフッ素、フッ化炭素、またはオルガノシラン材料源であって、装置が前記フッ素、フッ化炭素、またはオルガノシラン材料を含むプラズマを発生させるように動作可能であり、前記材料がプラズマ状態の間、前記カーボンナノ構造体層上に疎水性フッ化炭素またはオルガノシランコーティングを形成する、フッ素、フッ化炭素、またはオルガノシラン材料源と、
を含む。
ほんの一例として、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を以下に述べる。
フッ素および炭素またはオルガノシランおよび炭素成分を含むプラズマをカーボンナノ構造体の層で発生させるステップと、
プラズマによって、
a)カーボンナノ構造体の先端をともにクラスタ化させ、かつ
b)フッ化炭素またはオルガノシランのコーティングをカーボンナノ構造体層上に形成させるステップであって、コーティングが疎水性である、ステップと、を含む。
プラズマ堆積を13.56MHzのRF発生器で実施し、ガスを、開示した種類および上述した種類のシャワーヘッド送達システムを介して送達した。カーボンナノチューブ試料を反応器内に配置し、排気し、試料を10分間、100℃の温度になるようにした。一例として、CF4(90sccm)およびC2H2(10sccm)を反応器に流し、圧力を1.2トールで安定化させた。プラズマを30Wで着火し、この反応を5〜20秒間続けた。得られた試料をチャンバから取り出し、その後の分析のために室温で空気中に保管した。
アルミニウムクーポン上の予め成長したCNTフォレストをプラズマチャンバの中に装填した。このチャンバを、回転ベーンポンプ等を用いて10-2〜10-3トールまで排気する。使用したプラズマ状態は、0.26Wcm-2、2トール、300sccmのO2、650ミルの間隔であり、プラズマを15秒間維持した。試料を取り出し、その反射率を測定した。反射率の25〜35%の低下をそのスペクトルにわたって観察した。試料に置かれている一滴の超純水に対する試料の耐性を評価し、滴下により容易に湿潤させることが分かり、わずか数分でフォレストのほぼ完全な崩壊をもたらした。
アルミニウムクーポン上の予め成長したCNTフォレストをプラズマチャンバの中に装填した。このチャンバを、回転ベーンポンプ等を用いて10-2〜10-3トールまで排気する。使用したプラズマ状態は、CF4(90)−C2H2(10)、1.2トール、100℃、30W(0.07Wcm-2)であり、プラズマを12秒間維持した。試料を取り出し、その反射率を測定した。O2エッチングした試料と同様に、反射率の25〜35%の低下をそのスペクトルにわたって観察した。試料に配置されている一滴の超純水に対する試料の耐性を評価し、湿潤が可能ではなく、超疎水化で振る舞うように見え、滴下が転がり落ちた。2つの試料の比較は、図11および図12で分かる。
アルミニウムクーポン上の予め成長したCNTフォレストをプラズマチャンバの中に装填した。このチャンバを、回転ベーンポンプ等を用いて10-2〜10-3トールまで排気する。使用したプラズマ状態は、CF4(90)−C2H2(10)、1.2トール、100℃、30W(0.07Wcm-2)であり、プラズマを120秒間維持した。試料に対する明瞭な可視的変化が、比較的光沢のある灰色の外観で生じた。2μm未満の範囲内で測定反射率は増加し始め、これは図14のように堆積の出力を増加させることにより更に明らかである。試料は水に湿潤しなかった(図13)が、CNTフォレストのナノスケール粗さを滑らかにするように作用するポリマーによるこの延長コーティング後に接触角が減少するように見えた。試料の低反射率特性に対する悪影響を与えるこのコーティングを厚すぎると見なした。
アルミニウム箔上の予め成長したCNTフォレストをプラズマチャンバの中に装填した。このチャンバを、回転ベーンポンプ等を用いて10-2〜10-3トールまで排気する。使用したプラズマ状態は、CF4 1.2トール、100℃、30W(0.07Wcm-2)であり、プラズマを8秒間維持した。この処理後、フォレストは、水滴が吸収された図13に見られるような耐水性の改善を全く示さなかった。
アルミニウム箔上の予め成長したCNTフォレストをプラズマチャンバの中に装填した。このチャンバを、回転ベーンポンプ等を用いて10-2〜10-3トールまで排気する。使用したプラズマ状態は、CF4 1.2トール、100℃、30W(0.07Wcm-2)であり、プラズマを120秒間維持した。試料の反射率は、図15に見られるような範囲にわたって25〜35%減少した。この処理後、液滴が湿潤することなく試料を転がり落ちる図13に見られるような超疎水性を示した。しかしながら、数日で、この疎水性は大気条件での官能基化の不安定性により低下するように見えた。
アルミニウム箔上の予め成長したCNTフォレストをプラズマチャンバの中に装填した。このチャンバを、回転ベーンポンプ等を用いて10-2〜10-3トールまで排気する。使用したプラズマ状態は、CF4 1.2トール、300℃、30W(0.07Wcm-2)であり、プラズマを300秒間維持した。試料の反射率は、この範囲にわたって25〜35%減少した。この処理後、試料は、図17に見られるような超疎水性を示し、数ヶ月間にわたって安定した。安定性の改善は、CFXラジカルへの露出時間の増大および高い温度によるものである。
銅板上に予め成長したCNTフォレストをプラズマチャンバの中に装填した。このチャンバを、回転ベーンポンプ等を用いて10-2〜10-3トールまで排気する。使用したプラズマ状態は、CF4 1.2トール、300℃、30W(0.07Wcm-2)であり、プラズマを900秒間維持した。この処理後、吸収体として性能を低下させるこのフォレストがオーバーエッチングされかつ不均一であることを見出した。ナノチューブ構造体の大半を除去したが、試料もまた、もはや疎水性の性質ではなかった。
Claims (23)
- 低反射率の疎水性コーティングを基板に形成する方法であって、
基板上にカーボンナノ構造体の層を有する前記基板を反応チャンバ内に提供するステップと、
前記反応チャンバにフッ化炭素を含むコーティング用前駆体を供給するステップと、
前記カーボンナノ構造体の層の少なくとも一部に、0.5%未満の反射率の疎水性コーティングを堆積するために、前記反応チャンバ内にプラズマを発生させるステップと、
を含み、
前記プラズマ発生は、前記基板が少なくとも100℃まで加熱され、前記プラズマの出力密度が0.1Wcm-2より大きくなく、かつ前記プラズマが3〜12分間発生する場合に、水素原子源の不在下で生じるか、または
前記プラズマ発生は、前記プラズマの出力密度が0.2Wcm-2より大きくなく、かつ前記プラズマが5〜14秒間発生する場合に、水素原子源の存在下で生じ、
前記疎水性コーティングは、前記カーボンナノ構造体の層にわたって不連続であり、
前記カーボンナノ構造体の層は、内側面および露出面を有し、前記内側面は前記基板に面し、前記カーボンナノ構造体は前記露出面で先端を有するものである、方法。 - 前記疎水性コーティングが前記層に堆積する前に前記層を乾燥させるステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記プラズマ発生は、アセチレンの存在下で生じる、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記カーボンナノ構造体の層は、前記カーボンナノ構造体の少なくとも3マイクロメートルの奥行きまで、または全長にわたって改変された表面エネルギーである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記疎水性コーティングは、前記カーボンナノ構造体の層の厚さを通って少なくとも部分的に延在する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記疎水性コーティングは、前記カーボンナノ構造体の層の表面から3マイクロメートルの奥行きまで延在する、請求項5に記載の方法。
- 前記カーボンナノ構造体は、フィラメント状であり、その内側面からその露出面まで延在し、前記疎水性コーティングは、フィラメント状のナノ構造体の長さの少なくとも一部にわたって配設される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記フィラメント状のナノ構造体は、直線状、曲線状、または波状である、請求項7に記載の方法。
- 前記コーティング用前駆体は、四フッ化炭素であり、または四フッ化炭素を含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記コーティング用前駆体は、クロロトリフルオロメタン(CF3CL)、ブロモトリフルオロメタン(CF3Br)、トリフルオロヨードメタン(CF3I)、テトラフルオロエチレン(C2F4)、三フッ化窒素(NF3)、三フッ化ホウ素(BF3)、およびフッ素(F2)のうちの1つ以上であり、またはこれらを含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記コーティング用前駆体は、ポリフッ化ビニル(PVF)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ化エチレンプロピレンコポリマー(FEP)、ペルフルオロアルコキシル化ポリフルオロオレフィン(PFA)、ならびに関連のフッ化炭素およびクロロフルオロカーボンポリマーであり、またはこれらを含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記コーティング用前駆体は、有機もしくはフッ素化前駆体またはこれらの混合物であり、またはこれらを含み、前記前駆体はCF4、C6F14、C3F8H2、C2F6、C2F4、C3F6、C2H2、C2H4、CF4−H2、CF4−C2F4、C2F6−H2を含む、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記カーボンナノ構造体の素子は、2〜50ナノメートルの直径を有する、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 前記カーボンナノ構造体の素子は、3マイクロメートル〜2ミリメートルの長さを有する、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記カーボンナノ構造体の層のコーティングしていない領域の表面エネルギーを低下させるステップを含む、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 四フッ化炭素およびアセチレンは、90%対10%の比でそれぞれ、前記プラズマ発生ステップで提供される、請求項1〜15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記プラズマは、RF、DC、PDC、マイクロ波、または遠隔プラズマによってPECVD反応器内で発生する、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 13.56MHzの周波数でRFエネルギーによって摂氏100度で前記プラズマを発生させるステップを含む、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。
- RFエネルギーは、プラズマ反応器の電極に送達される、請求項18に記載の方法。
- 1.2トールの圧力で前記プラズマを発生させるステップを含む、請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記カーボンナノ構造体の層の少なくとも一部をエッチングするステップを含む、請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
- エッチングは、前記コーティングステップと同時に、または前記コーティングステップより前に生じる、請求項21に記載の方法。
- 前記カーボンナノ構造体の層は、コーティングする前に酸素プラズマ処理によってエッチングされる、請求項1〜22のいずれか1項に記載の方法。
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