【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.09】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24HK0163
利用課題名 / Title
無潤滑条件下における微細構造による固体摩擦の制御
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
成形/ Molding,ダイシング/ Dicing,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,リソグラフィ/ Lithography,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering,光リソグラフィ/ Photolithgraphy
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)
平井 悠司
所属名 / Affiliation
公立千歳科学技術大学理工学部応用化学生物学科
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
松尾保孝
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
HK-604：レーザー描画装置
HK-611：多元スパッタ装置
HK-404：超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡
HK-624：シリコン深掘りエッチング装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
蓮の葉の超撥水性や蛾の目の無反射性など、材料表面に微細構造を形成させることで様々な機能を付加することが可能なバイオミメティクス研究が注目を集めている本研究では無潤滑状態における生物の摩擦に着目し、ヘビ体表にあるような微細構造がどのような効果で摩擦低減を達成しているのか、そのメカニズム解明を目的とした。仮説としては微細構造とともに柔軟な下地と硬質な体表という組み合わせ構造が摩擦低減に効果的であると考え、柔軟なシリコーン樹脂表面に直接金属をメッキする方法の開発を行った。さらにフォトマスクを用いて選択的に表面物性を変えることで、任意のマイクロパターン状にメッキする手法の開発を目指し、フォトマスクを用いた紫外オゾン処理により物性を変化させ、部分的に無電解メッキによってNi-Pを析出させることに成功した。
実験 / Experimental
柔軟材料としてはポリジメチルシロキサン(PDMS)を用いた。主材と硬化剤を混合して熱架橋することで作製した。フォトリソグラフィ技術を利用し、石英とクロムによって任意のマイクロパターンフォトマスクを作製、上述のPDMS基板に乗せて15分間紫外オゾン処理した。その後、0.1 mol/Lのオルトけい酸テトラエチル(TEOS)のエタノール溶液に30分間浸漬し、親水化部分をTEOSで保護した。処理したサンプルを0.01 mol/LのPdCl2 水溶液、次いで2 g/Lの次亜リン酸ナトリウム水溶液に10分浸漬し、触媒となるPdを固定化した。最終的に次亜リン酸ニッケルを含むNi-Pの無電解めっき液に2分間浸漬させることで、PDMS上にパターン状にNi-Pを析出させた。
結果と考察 / Results and Discussion
図１に用いたフォトマスクと作製したNi-Pパターン化PDMSサンプルのレーザ顕微鏡像を示す。フォトマスクのパターンに対応する、マイクロスケールのNi-Pパターン構造が形成している様子が観察された。このことより、上述の方法で柔軟なPDMSにフォトマスクを用いて部分的に濡れ性を変え、触媒を固定化後に無電解めっきを施すことで、部分的に硬質なNi-PをPDMS上に析出可能であることが明らかとなった。柔軟な下地で支えられた硬質な微細構造という、生物体表モデルの作製には成功したものの、サンプルの全面に均一にマイクロスケールのNi-Pがメッキされているわけではなく、さらに拡大して観察したときにドットの状態も不均一であることから、摩擦試験に耐えうる均一な表面を作製する必要がある。今後はこれらの条件を精査し、摩擦試験を行っていく予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ (a) 使用したフォトマスクのレーザ顕微鏡像。PDMSへの直接無電解メッキ後の(b)写真および(c)レーザ顕微鏡像。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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