JP7229458B2 - 非晶質炭素膜とその製造方法 - Google Patents
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Description
フッ素を含有した非晶質炭素膜であって、
膜表面が酸素で修飾されており、膜表面における炭素の原子組成百分率Cに対する酸素の原子組成百分率Oの比O/Cが、0.5以上であり、
膜表面の純水に対する接触角が、30°未満であることを特徴とする非晶質炭素膜である。
膜表面における炭素の原子組成百分率Cに対するフッ素の原子組成百分率Fの比F/Cが、0.05以上であることを特徴とする請求項1に記載の非晶質炭素膜である。
JIS Z2801で規定されているフィルム接着法による評価方法における抗菌活性値Rの値が、2.0以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の非晶質炭素膜である。
膜厚が0.1~10μmであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の非晶質炭素膜である。
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の非晶質炭素膜の製造方法であって、
炭化水素系ガスおよび炭化フッ素系ガスを用いて、プラズマCVD法によって基材上にフッ素化非晶質炭素膜を形成する膜形成工程と、
酸素プラズマ処理によって、形成された前記フッ素化非晶質炭素膜の表面を酸素で修飾する酸素修飾工程とを備えていることを特徴とする非晶質炭素膜の製造方法である。
前記基材が、高分子材料であることを特徴とする請求項5に記載の非晶質炭素膜の製造方法である。
前記高分子材料が、汎用ポリスチレンであることを特徴とする請求項6に記載の非晶質炭素膜の製造方法である。
前記酸素プラズマ処理に、大気圧酸素プラズマ処理を用いることを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載の非晶質炭素膜の製造方法である。
最初に、本実施の形態に係る非晶質炭素膜について説明する。図1は本発明の一実施の形態の非晶質炭素膜(DLC膜)の断面の模式図である。図1において、1は基材であり、4はフッ素含有DLC膜であり、5はフッ素含有DLC膜の上部で酸素により修飾されている酸素修飾層である。
次に、本実施の形態に係る非晶質炭素膜の製造方法について説明する。
図2は、プラズマCVD装置の概略の構成を示す模式図である。図2において、11はプラズマCVD装置であり、12はチャンバー(成膜室)であり、12aはガス導入ポートであり、12bはガス排出口であり、13はカソードであり、14はアノードであり、15は高周波電源である。
フッ素含有DLC膜4を成膜後、フッ素含有DLC膜4の表面を酸素プラズマ処理して、酸素修飾層5を形成させる。O/Cは、例えば酸素プラズマによる処理時間を調整することによって所望の比に制御することができる。
1.実験方法
実験1として、基材に汎用ポリスチレン(GPPS)を用いて、基材上にフッ素含有と非含有の2種類のDLC膜(1.0μm厚)を形成させ、これら2種類のDLC膜のそれぞれについて、酸素修飾有と酸素修飾無の2種類、合計4種類のDLC膜を被覆した試験片を作製し、それぞれのDLC膜の抗菌特性を評価する実験を行った。
(a)フッ素含有DLC膜の形成
基材をH2プラズマを用いてエッチングした後、高周波プラズマCVD法を用いてフッ素含有DLC膜を形成させた。下記に形成条件を示す。
原料ガス:メタン(CH4)と6フッ化エタン(C2F6)との混合ガス
(混合比:CH4:C2F6=4:6)
反応圧力:13.3GPa
印加電力:540W
成膜時間:30min
基材 :GPPS(サイズ:縦50mm×横50mm×厚10mm)
原料ガスとしてメタン(CH4)のみを用いたこと以外は、上記したフッ素含有DLC膜の形成と同じ条件でフッ素非含有DLC膜を形成した。
形成させたフッ素含有DLC膜、フッ素非含有DLC膜のそれぞれを2つに分け、一方を大気圧プラズマ処理して表面に酸素修飾を施し、他方については酸素修飾を施さなかった。酸素修飾に際して使用した大気圧プラズマ処理装置および処理条件を下記に示す。
処理装置 :ダメージフリーマルチプラズマジェット装置
反応ガス :酸素(O2)
反応ガス量:10L/min
処理時間 :15min
(1)評価項目と評価方法
(a)F/C:作成した試験片のDLC膜表面をXPS法を用いてフッ素の原子組成百分率Fと炭素の原子組成百分率Cを計測し、計測結果からF/Cを求めた。なお、XPS計測は、(株)プラズマコンセプト東京社製ダメージフリーマルチプラズマジェット装置(JPS-90100MC)を用いて、X線:MgKα線、電圧:10.0kv、電流:10mAの条件下で行った。
抗菌活性値R=log10A/B
A:無加工試験片(control)の培養後生菌数
B:対象試料の培養後生菌数
(a)F/C、O/Cおよび接触角の評価結果
F/C、O/Cおよび接触角の評価結果を表1に示す。
抗菌特性試験の結果を表2、表3に示す。なお、抗菌特性については、抗菌活性値R≧2.5の場合を「優」で、2.5>R≧2.2の場合を「良」、2.2>R≧2.0の場合を「可」、R<2.0の場合を「不可」で表記した。また、フィルム接着法試験後のシャーレの観察結果を、図6(大腸菌)、図7(黄色ブドウ球菌)に示す。
1.実験方法
実験2として、フッ素含有DLCを酸素修飾した非晶質炭素膜において、十分な抗菌性を得るために好ましいF/CとO/Cの範囲を調べるために実験を行った。実験1とプラズマCVDの成膜における原料気体の混合比率と、酸素修飾の処理時間以外については同様の方法で、表4に示す試験片を作成し、実験1と同様に評価した。なお、F/Cをそれぞれ、0.1、0.05、0.04とするためプラズマCVDを用いた成膜時のメタン:6フッ化エタンの混合比率を、4:5、2:5、1:3とし、O/C比をそれぞれ、1.0、0.5、0.4とするために酸素修飾の処理時間を、15min、7.5min、5.5minとした。
試験の結果を表5、表6に示す。
2 DLC膜
3 抗菌性金属の微粒子
4 フッ素含有DLC膜
5 酸素修飾層
11 プラズマCVD装置
12 チャンバー
12a ガス導入ポート
12b ガス排出口
13 カソード
14 アノード
15 高周波電源
21 大気圧プラズマノズル
22 ステージ
23 試料台
W 試料
Claims (8)
- フッ素を含有した非晶質炭素膜であって、
膜表面が酸素で修飾されており、膜表面における炭素の原子組成百分率Cに対する酸素の原子組成百分率Oの比O/Cが、0.5以上であり、
膜表面の純水に対する接触角が、30°未満であることを特徴とする非晶質炭素膜。 - 膜表面における炭素の原子組成百分率Cに対するフッ素の原子組成百分率Fの比F/Cが、0.05以上であることを特徴とする請求項1に記載の非晶質炭素膜。
- JIS Z2801で規定されているフィルム接着法による評価方法における抗菌活性値Rの値が、2.0以上であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の非晶質炭素膜。
- 膜厚が0.1~10μmであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の非晶質炭素膜。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の非晶質炭素膜の製造方法であって、
炭化水素系ガスおよび炭化フッ素系ガスを用いて、プラズマCVD法によって基材上にフッ素化非晶質炭素膜を形成する膜形成工程と、
酸素プラズマ処理によって、形成された前記フッ素化非晶質炭素膜の表面を酸素で修飾する酸素修飾工程とを備えていることを特徴とする非晶質炭素膜の製造方法。 - 前記基材が、高分子材料であることを特徴とする請求項5に記載の非晶質炭素膜の製造方法。
- 前記高分子材料が、汎用ポリスチレンであることを特徴とする請求項6に記載の非晶質炭素膜の製造方法。
- 前記酸素プラズマ処理に、大気圧酸素プラズマ処理を用いることを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載の非晶質炭素膜の製造方法。
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