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クローズアップ研究室

有機化合物薄膜の世界

2011年10月17日掲出

 プラスチックやフッ素樹脂などを使った、厚さわずか数十ナノメートルの膜。肉眼では見ることのできない薄い膜が、ものづくりの現場や私たちの生活を変えようとしています。その最前線で研究をしている岩森暁(さとる)教授の研究室を訪ねました。

無限の可能性を秘めて


実験用薄膜形成装置。有機化合物を使った物理気相蒸着法を研究するために岩森教授が試作・設計した。原料となる有機化合物と薄膜を形成する基盤を箱に入れ、容器中を真空状態にする。そこに電流を流すとプラズマ放電が起き、有機化合物が分子や原子の状態となって原料とは異なる構造の有機薄膜が基盤上に形成される仕組みだ

 学校で使う下敷きからジェット機の材料まで、幅広い分野で使われているプラスチック。フライパンで、食材がこびりつかないと人気のテフロン(フッ素樹脂)。身の回りにあるこれらの物質は、炭素を含み、有機化合物と呼ばれています。普通、薄膜にする際には溶剤で溶かして用いられています。

 岩森教授はこうした有機化合物の加工に「物理気相蒸着法」という手法を取り入れ、わずか数分の1ミクロンの薄い膜を作る技術を研究しています。物理気相蒸着法は、主に電気工学や材料工学の分野で用いられてきた技術です。プラズマ放電を使って金属などの無機物を分子や原子の状態にして薄膜を作るために用いられ、半導体や光ディスクの製造工程で利用されています。

 「有機化合物の合成と物理気相蒸着法という、別々に発展してきた二つの技術を組み合わせて新しい物ができないかと研究を始めました。さまざまな有機化合物で調べた結果、この技術を用いると、単に薄い膜ができるだけでなく、溶液から成形した膜とは異なる性質を持つことが分かってきました」

安全な医療を後押し 新しいテスターを開発


岩森教授が開発に携わった活性酸素のセンサ。今年度中には製品化される予定

 この技術を応用した成果の一つが、感度を上げる性質を持つ有機化合物(ポリイミド)を使った活性酸素計測用のセンサです。岩崎電気、産業技術総合研究所(産総研)と共同で開発したもので、活性酸素の量を簡単に計測することができます。

 活性酸素は、半導体機器部品の洗浄などに利用されています。ですが、その量を正確に測るためには数千万円する大型の機械を使わなければならず、どの程度の量で効果があるのかがはっきりしていませんでした。

 そこで岩森教授らは、産総研が開発した5ミリ程度の大きさの素子を使って微妙な質量の変化を計測する手法(水晶微小天秤法)に着目。この素子の上に有機化合物の薄膜を形成してさらに感度を上げ、小型センサで活性酸素の量を正確に計測できるようにしました。

 薄膜の厚さや材質を変えれば計測する活性酸素の濃度をコントロールできるため、半導体製造工程だけでなく医療器具や宇宙空間に飛び交っている活性酸素の量など、さまざまな目的に合ったセンサを作ることも可能です。

医療機器から液晶まで 新技術が未来をひらく

 「有機化合物は複雑な分子構造を持っているため、均質な構造を持つ金属と比べ、狙った通りの膜を作るのは難しい。しかし、装置や材料を工夫することで、無限に近いさまざまな分野に応用することができるはず」と岩森教授。

 例えばこの技術を使って、摩擦力が低い性質を持つ有機化合物(ポリテトラフルオロエチレン)を内視鏡手術などで使われるガイドワイヤ上に形成すれば、血管や臓器を傷つけにくい手術器具の製造が可能になります。

 またテフロンを原材料にした薄膜をペットフィルムなどに張りつければ、さらに透明性が上がり、日中の野外でも見やすい液晶ディスプレイを作ることもできます。

 観光地を、薄いプラスチック製の電子ペーパーを持った人々が情報を集めながら散策する。そんな未来が近くまで来ているかもしれません。

異分野同士を融合させ、新たな技術を作り出す

 「先日小学校の卒業文集を読んでみたら、"将来は研究者かエンジニアになりたい"と書いてあったんです。あのころも今と同じことを考えていたのだなと驚きました」子どものころは、鉄腕アトムや鉄人28号などのアニメが好きで、それを支える科学技術に興味がありました。好きな科目はもちろん理科。「でも、基本は外で遊ぶのが好きな普通の子どもでした。自由研究を特別一生懸命にやったりはしませんでした」

 本格的に研究者を目指したのは大学入学後。分子遺伝や遺伝子組み換え技術を学び、化学系企業に就職、この分野の研究員として働きました。転機は入社7年後。「今までとは違うことがやりたい」と思っていたところ、薄膜部門に異動するチャンスが訪れました。全く触れたことのない未知の分野でしたが、周囲から助言をもらいながら独学で学び、プラスチックフィルムを使った薄膜技術の開発に携わりました。

 「企業では新しい分野に挑戦するのは当たり前のこと。さまざまな分野の専門家と交流しながら、学び続ける姿勢を持つことで、将来の可能性も広がっていきます」広い視野で研究に取り組む姿勢は、大学教員となってからも同じ。現在も複数の企業と協力し、研究室で開発した技術の応用法を探っています。

 「異分野同士を融合させるところから新しい技術が生まれ、科学が発展する。これからも常に新しい分野に関心を持っていきたい」と話しています。

(記事提供:「東海大学新聞」2011年6月1日号)

関連リンク:東海大学産官学連携研究シーズ/物理気相蒸着法によるフッ化炭素薄膜を利用した高透明性フィルムの開発
関連リンク:工学部

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