【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.14】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22NU0076
利用課題名 / Title
金属蒸着エラストマー材料の表面パターンFIB-SEM断面観察
利用した実施機関 / Support Institute
名古屋大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
薄膜，エラストマー，凹凸パターン,電子顕微鏡/Electron microscopy,集束イオンビーム/Focused ion beam
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
永島 壮
所属名 / Affiliation
名古屋大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
樋口公孝
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
硬質薄膜と軟質基板から成る膜基板構造体に面内圧縮応力が作用すると，不安定現象である座屈が生じ，面外変形に起因する凹凸パターンが構造体表面に自律形成する。パターンの幾何形状や寸法は，膜と基板の弾性特性や応力状態などに応じて多様に変化するため，機能表面のボトムアップ設計や生物器官の形成機構解明に結びつく現象として注目される(1) 。
本課題は，金薄膜とエラストマー基板から成る膜基板構造体に着目し，所与の条件下で表面不安定を誘発して構造体表面に凹凸パターンを形成したのち，その幾何形状と寸法を計測することを目的とする。
今回は，名古屋大学未来材料・システム研究所超高圧電子顕微鏡施設のFIB-SEM複合装置を利用し，凹凸パターンの断面観察を実施した。
実験 / Experimental
【利用した装置】
バイオ／無機材料用高速FIB-SEMシステム（ETHOS NX5000, Hitachi High-Tech Corp.）
【実験方法】
まず，硬質薄膜と軟質基板から成る膜基板構造体を作製した。具体的には，厚さ1mm のエラストマー基板表面に3元マグネトロンスパッタ装置（HSR-522,Shimadzu Corp.）を用いて厚さ約200nm金薄膜を形成した。次に，私製応力負荷装置を用いて金薄膜に単軸面内圧縮応力を作用させて座屈変形を誘発した。最後に，表面不安定により構造体表面に自律形成した凹凸パターンについて，その幾何形状と寸法をバイオ／無機材料用高速FIB-SEMシステムで計測した。
結果と考察 / Results and Discussion
構造体の表面全域に単一方向に配列した凹凸パターン（頂点間距離約30µm，高さ約30µm）が観察された。さらに，それら凹凸パターンの表面には，微細な凹凸パターン（周期約2µm，高さ約800nm）が形成していた。
幾何形状から，いずれも表面不安定に起因するパターンであると考えられる。パターンの頂点間距離は薄膜の厚さに依存することから(1) ，後者のパターンは成膜初期段階に残留応力で形成し，前者のパターンは成膜後に圧縮応力を作用させることにより形成したものと考えられる。以上より，膜基板構造体の表面不安定により階層凹凸パターンをボトムアップ形成できることを明らかにした。今後は，膜厚や応力状態がパターンの幾何形状と寸法に及ぼす影響を精査する。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
【参考文献】
Q.
Wang and X. Zhao, MRS Bull. 41, 115 (2016).
【謝辞】
本研究は，2022年度大下財団研究助成を受けて実施されました。FIB-SEM断面観察に際しては，名古屋大学未来材料・システム研究所超高圧電子顕微鏡施設樋口公孝様に技術支援をいただきました。ここに記して謝意を表します。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件