ナノ構造薄膜の内部濡れ性を測定する方法

薄膜技術は現代社会に広く普及しています。ディスプレイ、トランジスタ、導波管など、数え切れないほどのデバイスの基盤となっています。材料科学者は、薄膜工学を通じて可能性の限界に挑戦し続けています。そのためのアプローチの1つがナノ構造です。

ナノ構造薄膜は、ナノテクノロジーの分野ではユニークです。厚さが数マイクロメートルになることもあります。しかし、ナノスケールの大きさ（転位、粒界など）の構造が高濃度で存在するのが特徴です。これにより、同じ組成のバルク材料よりも優れた機械的特性が得られます。その一例が濡れ性です。

この記事では、ナノ構造薄膜の濡れ性測定の複雑さを深く掘り下げ、スペクトルエリプソメトリーとエリプソメトリックポロシメトリーの重要性を強調します。

薄膜の濡れ性の重要性

ナノ構造表面では、濡れ性が重要なパラメータです。反射防止コーティング、セルフクリーニング機構、スマートウィンドウ、ガス検知装置、メンブレンの性能において重要な役割を果たします。平面表面の接触角 (θ) の測定は日常的な作業ですが、必ずしもナノ構造材料に内在する濡れ挙動につながるわけではありません。

エリプソメトリックポロシメトリー:強力な特性評価手法

セミラボエリプソメトリックポロシメトリー（PS-2000）は、メソポーラス薄膜の主要な特性評価手法です。これにより、単層および多層薄膜の気孔率、細孔サイズ、比表面積、ヤング率を包括的に把握できます。この方法は純粋に光学式で非破壊的であるため、サンプルの完全性が損なわれることはありません。

エリプソメトリックポロシメトリー (EP) は、薄膜の光学特性の変化を測定します。この変化は、細孔内の溶媒蒸気の吸着または脱着によって引き起こされます。これにより、EPは一連の膜厚と屈折率を抽出し、膜の特性の詳細なプロファイルを提供します。

内部濡れ性の調査

最近の研究では、エリプソメトリックポロシメトリーを用いた官能化シリカ材料の内部濡れ性に焦点が当てられました。その結果、シリカ表面のメチル官能化が、体積吸着した等温線における毛細管凝縮の遅延を引き起こすことが明らかになった。この効果は、極性の高い吸着剤が2つ多い場合に特に顕著でした。非官能化シリカ表面と官能化シリカ表面を比較することで、試験したすべての液体の内部接触角値を計算することが可能になりました。

図1に示す結果は、内部接触角に対する表面エネルギーの影響と吸着極性の影響を明確に示しています。

さまざまな材料への応用

ナノ構造薄膜の濡れ性の原理は、単一の材料に限定されません。これらの研究は、SiOを含む様々な多孔質薄膜に関連性を見出している。₂、伊藤さん₂、亜鉛、およびWO₃。さらに、ナノ粒子、低K材料、メソポーラス材料、微孔質材料もこれらの知見から恩恵を受け、材料科学の進歩への道が開かれます。

ナノ構造薄膜の濡れ性を理解することは、材料科学における多くの課題の1つにすぎません。しかし、これはきわめて重要な課題です。Semilabは、スペクトルエリプソメトリーやエリプソメトリックポロシメトリーなどのツールを使用して、この探求の最前線に立っています。私たちの 2000 これは、メソポーラス薄膜の最高の特性評価技術を提供するという当社の取り組みの証です。

薄膜とその無数の用途の世界をより深く知りたい方は、PS-2000の機能をぜひご覧ください。一緒に、材料科学の未来を形作りましょう。

このトピックに関する当社の出版物、Máté Fürediら、「エリプソメトリックポロシメトリーによるメソポーラスシリカの内部濡れ性調査」をご覧ください。 サイエンスダイレクト第768巻、2023年3月1日、doi: 10.1016/j.tsf.2023.139683。

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