課題番号 ：S-19-MS-1028
利用形態 ：施設利用
利用課題名（日本語） ：超短パルスレーザー照射によるカーボン表面の撥水性制御
Program Title (English) ：Control of Wettability of Graphite Surface with Femtosecond Laser
利用者名（日本語） ：田中 良樹1), 伊藤 広朗1), 三瓶 和久2), 滝沢 宣人2), 糸魚川 文広1), 小野 晋吾1)
Username (English) ：Y. Tanaka1), H. Ito1), K. Mikame2), N. Takizawa2), F. Itoigawa1), and S. Ono1)
所属名（日本語） ：1) 名古屋工業大学, 2) 株式会社タマリ工業
Affiliation (English) ：1) Nagoya Institute of Technology, 2) Tamari Industry Co., Ltd.

１．概要（Summary ）
　濡れ性の制御はエレクトロニクスから建築まで幅広い分野で注目を集めており、表面自由エネルギーの制御のためコーティングが用いられるが、これに加え、固体表面に微細構造を形成して濡れ性を制御する技術が望まれている。本申請では、超短パルスレーザーを照射することにより、カーボン板材表面の濡れ性を制御することを目的とする。
２．実験（Experimental）
　焼結体である研磨されたカーボン板の表面に条件を変えて超短パルスレーザーを照射し、ナノ周期構造とマイクロ構造を作製した。表面形状観察は、電界放出形走査電子顕微鏡（(SEM)/JEOL JSM-6700F）、および、低真空分析走査電子顕微鏡（(SEM)/Hitachi SU6600）によって行った。この測定と同時に、元素分析により酸素分布を計測した。カーボンの状態は、顕微ラマン分光および、高感度蛍光分光光度計（HORIBA SPEX Fluorolog3-21）を用いて評価した。また、撥水性評価のため、純水を滴下しその際の接触角を測定した。
３．結果と考察（Results and Discussion）
フェムト秒レーザーのフルエンスを変化させ、ナノ周期構造とマイクロ構造のサイズを測定した結果、フルエンスの増加に伴い、ナノ周期構造とマイクロ構造のサイズが増加するとともに、図1に示す通り加工面の変質を確認した。

図1　ラマン分光分析結果
　低フルエンス照射で改質を抑え、ナノ及びマイクロ構造を表面に形成することで、超撥水状態を実現した。図2上図は、未加工のカーボン板表面の電子顕微鏡像と撥水性を示す。図2下図に示すように、10um程度の凹凸構造におよそ数百nm周期のナノ周期構造を形成することで、水滴を押し付けても表面に吸着しない超撥水状態を実現した。

図2　カーボン板表面のSEM像と接触角測定による濡れ性評価
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Y. Tanaka, M. Hishiki, T. Watanabe, X. Yu, M. Ota, F. Itoigawa, S. Ono, The 8th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP 2019), 2019年5月23日
(2) 田中 良樹, 伊藤 広朗, 三瓶 和久, 滝沢 宣人, 糸魚川 文広, 小野 晋吾, 第80回応用物理学会秋季講演会, 2019年9月19日
６．関連特許（Patent）
(1) 三瓶和久，小野晋吾，糸魚川文広, “はっ水処理装置およびはっ水処理方法”, 特願2019-39004, 平成31年 3月 4日提出