分野：ナノテクノロジー

研究題名

紫外光照射による常温での光誘起超親水性アモルファス薄膜の形成
永井 裕己

先進工学部 応用物理学科 准教授 /佐藤 光史 先進工学部 応用物理学科 教授

キーワード： 化学的湿式法，金属化合物薄膜，超親水性

概要

光誘起超親水性を示す薄膜を常温で形成しました。溶液を塗布した基板に紫外光を照射するだけで，ピンホールやクラックがなく強固に密着した薄膜を形成できます。
この薄膜形成には，金属錯体を含む分子プレカーサー溶液を用いました。この溶液のガラス基板上への塗布と常温での紫外光照射で，機能性金属化合物薄膜を形成しました。この方法で形成した金属化合物薄膜の表面は，紫外光照射でゼロに近い水滴接触角の超親水性を示します。

p関連論文
金属錯体含有金属錯体含有プレカーサー膜

塗布・乾燥

プレカーサー溶液

紫外線照射

金属化合物薄膜

紫外線照射
石英ガラス＋
金属化合物薄膜

超親水化

アピール
ポイント

1. 安定性，均一性，混和性，基板への塗布性に優れている溶液
2. 常温での塗布・光照射のみの簡便な薄膜形成法
3. 光誘起による超親水化表面
4. ガラスに高密着な薄膜

利用・用途
応用分野

1. 建材等のセルフクリーニング
2. 親水化などの表面改質

関連情報●知的財産権 ＝ 金属膜形成用組成物および金属膜形成方法（PCT/JP2017/003674）● 関 連 論 文 ＝ Hsiang-Jung Wu, Kota Tanabe, Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato,
Photo-Induced Super-hydrophilic Thin Films on Quartz Glass by UV
Irradiation of Precursor Films Involving a Ti(IV) Complex at Room
Temperature, Materials, 12(3), 348, 2019.
Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato, The Science of Molecular Precursor
Method, Advanced Coating Materials, Wiley 1-27, 2018.

工学院大学

研究戦略部 研究推進課〒163-8677 東京都新宿区西新宿一丁目24番2号 〒192-0015 東京都八王子市中野町2665-1
TEL:03-3340-3440 FAX:03-3342-5304
TEL:042-628-4940 FAX:042-626-6726
E-Mail: sangaku@sc.kogakuin.ac.jp URL: https://www.kogakuin.ac.jp

分子プレカーサー法による薄膜形成と応用

Molecular Precursor Method for Functional Thin Films
省資源・省エネルギーのために，材料表面の高機能化が有効です。表面修飾技術の発展が不可欠で，その技術を支える原料および機能付与法の開発が重要です。
基板に密着した均一な透明薄膜の形成は，どのようにできるでしょうか？化学的には，金属イオンを含む有機・無機ポリマーの溶液を用いるゾルーゲル法が知られています。では，ポリマーを経由せずに，含金属成分を適当な厚さの膜にするのは可能でしょうか？
この疑問に答える薄膜形成法が分子プレカーサー法で，成型加工・コーティングの視点で錯体を設計し，電子材料から医療用材料まで広い分野への適用をめざしています。錯体（配位化合物）や有機・無機複合体の応用技術です。

分子プレカーサー法

分子プレカーサー法で初めて形成したスピネル型Co3O4薄膜

分子プレカーサー法は，汎用有機多座配位子＊を結合させた錯体とアルキルアミンを組み合わせたプレカーサー溶液を用います。
プレカーサー溶液を基板に塗布・乾燥し，プレカーサー膜を熱処理して，均一透明な金属酸化物薄膜などを簡便に形成できます。
＊エチレンジアミン四酢酸（EDTA）やニトリロ三酢酸（NTA）など、陰イオンになり易い入手が容易なキレート剤

可溶化

spin

塗布

基板

金属錯体

°C

プレカーサー溶液

結晶化

spin

塗布・乾燥

プレカーサー膜

熱処理

薄膜

応用とプロジェクト

充放電で着脱色・電池内部反応の可視化!!
リチウムイオン電池の負極，正極活物質を形成しました。作製した
無色透明なリチウムイオン電池は，充放電で着脱色し，電池内部反応をはじめて可視化できました。

銅錯体溶液の塗布・低温熱処理で，ガラス基板によく密着した低抵抗な銅薄膜を形成しました。透過率や反射率など，膜厚で制御できます。

H. Nagai, H. Hara, M. Enomoto, C.
Mochizuki, T. Honda, I. Takano, M. Sato,Functional Materials Letters, 6 (2013) 1-8.

H. Nagai, S. Mita, I. Takano, T. Honda, M.
Sato, Materials Letters, 141 (2014) 235237.

光で充電できるリチウムイオン電池!!

研究成果

ガラスに密着した低抵抗な銅薄膜!!

ULSI用のトレンチに銅を埋入！

透明薄膜のリチウムイオン電池を応用し，光充電でLEDを点灯できるレベルのリチウムイオン電池を作製しました。現在は，高容量化に加え，全固相化や軽量化を検討しています。

ULSI デバイスの高集積化，高性能化に伴い，Cu 配線の適用が検討されています。分子プレカーサー法で，200 nm幅の微細形状へ隙間なく銅を埋めました。

H. Nagai, T. Suzuki, Y. Takahashi, M. Sato,
Functional Materials Letters, 9 (2016) 1-4.

H. Nagai, T. Suzuki, T. Nakano, M. Sato,
Materials Letters, 182 (2016) 206-209.

下記の書籍は，オープンアクセスです。記載したキーワードで検索してください。自由にダウンロードできます。

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2012). Heat
Treatment in Molecular Precursor Method for
Fabricating Metal Oxide Thin Films, Heat
Treatment - Conventional and Novel Applications,Dr. Frank Czerwinski (Ed.), InTech, DOI:
10.5772/50676.

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2016). Highly
Functionalized Lithium-Ion Battery, Alkali-ion
Batteries, Dr. Dongfang Yang (Ed.), InTech, DOI:
10.5772/63491.
Keyword; Intech_highly_lithium

Keyword; Intech_molecular_precursor

Hiroki Nagai and Mitsunobu Sato (2017).
Molecular Precursor Method for Fabricating pType Cu2O and Metallic Cu Thin Films , Dr. Nikolay
N. Nikitenkov (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/63326.

Laboratory for Nano and Bio Materials

Keyword; Intech_Cu2O

e-mail: lccsato@cc.Kogakuin.ac.jp, ext. 3397

Laboratory for oxide electronics
Department of Applied Physics, School of Advanced Eng.
Mitsunobu Sato, Professor