③-04
千歳科学技術大学

自己組織化を利用した無反射・超撥水/超親水シリコン微細構造の作製
平井 悠司

微小突起による無反射表面

無反射シリコン構造

1 µm
3 µm
Figure 1 : Water capture by a desert beetle : Nature

10/04/26 16:17

FIGURE 1. The water-capturing surface of the fusedoverwings (elytra) of the desert beetle Stenocara sp.
From the following article:
Water capture by a desert beetle
Andrew R. Parker and Chris R. Lawrence
Nature 414, 33-34(1 November 2001)
doi:10.1038/35102108

水滴捕集濡れ性パターン化表面

機能性流路0s
1.0 s

2.0 s
超撥水・超親水パターン

1自然界の機能性表面
無反射性発現の原理

蛾の目の無反射表面
入射光

平坦な基板

反射目の表面に形成している
モスアイ構造Figure 1 : Water capture by a desert beetle : Nature

入射光

屈折率 小

屈折率 小

1 µm

モスアイ型の基板

屈折率 大

屈折

反射屈折率 大

屈折率が大きく変わる界面で反射

透過波長より小さなメサ型の微細構造

屈折率が連続的に変化するため界面がなくなり反射できない

10/04/26 16:17

FIGURE 1. The water-capturing surface of the fusedoverwings (elytra) of the desert beetle Stenocara sp.

ゴミムシダマシの水滴捕集表面

From the following article:
Water capture by a desert beetle
Andrew R. Parker and Chris R. Lawrence
Nature 414, 33-34(1 November 2001)
doi:10.1038/35102108

結露疎水性の凹凸
親水性の領域
Andrew R. Parker and Chris
R. Lawrence, Nature, 414, 33-34

http://www.nature.com/nature/journal/v414/n6859/fig_tab/414033a0_F1.html

結露疎水領域 : そのまま転がって行く親水領域 : 濡れ広がる

疎水領域 : そのまま転がって行く親水領域 : 溢れて口に流れる構造による濡れ性の増強と、濡れ性のパターン化による機能表面に形成している微細構造が、これらの機能を産み出している↓
どのようにして微細構造を作製するか？
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COMMUNICATION

自己組織化微細構造形成技術
高分子溶液を高湿度下で塗布・製膜することで、自己組織的に結露した水滴を鋳型として高分子の多孔質膜が形成③水滴の結露①溶媒の蒸発②気化熱による溶液表面の冷却④毛管⑤水滴の蒸発ハニカムフィルム

力50 µmsubstrate

鋳型としての利用

時間経過

二次加工により様々な微細構造を作製可能

50	    µm10	    µm剥離Figure 3. SEM images of original (a) and shrunk honeycomb-patterned PB films for G (center of the pore), G–M (side of the honeycomb hexagon) (c–e),
and G–K (vertex of the honeycomb hexagon) (f–h) directions, respectively. The lattice model of honeycomb-patterned film is shown in (b).

剥離された上層On the other hand, rectangular-shaped pits were formed
after the first and second shrinking along the G–K direction(Figs. 3f,g). The compression force was applied to the two pairsof opposite vertex of the honeycomb hexagons, thereby
deforming them into rectangles. As a result of this deformation, the n values increased for the first two shrinking cycles(Fig. 4a, black line). These results were in good agreement withliterature reports on the deformation of stretched honeycombpatterned polymer films.[20] However, triangular pits emerged
after the third shrinking: the rims of the pits touched

・周期的に空いたマイクロスケールの空孔・“膜”として利用することも可能↓
エッチングマスクとして利用可能？

Euler buckling[23] occurred to compensate for the distortion
stress, in order to maintain the length of the polymer portions.
The porosity and pit size decreased with increasing shrinking
cycles (Figs. 4b,c, black lines). For each shrinking direction, thepit size (S) decreased from 3.5 mm to !300 nm.
By using a self-organization process and thermal shrinking,microporous films with various geometrical patterns (ellipsoids, rectangles, and triangles) were fabricated. The sizes ofthe pits were reduced from several micrometers to hundreds ofnanometers by repeated cycles of thermal shrinking.

3

自己組織化微細構のエッチングマスクとしての利用
オゾン処理

テープで剥離PVAのコート

PVAの洗浄貼付け

シリコン基板ハニカム状多孔質膜

・微細突起構造による無反射性・表面フルオロカーボンによる基板上のマスク

シリコンの異方性ドライエッチング

超撥水性Etching gas : SF6, Passivation gas : C4F8

3 µm
“フォトマスク” ＋ “UV-O3” 処理による表面化学組成のパターニング
パターニングデザインにより機能が発現
0s
1.0 s
2.0 s

超撥水・超親水のパターニングが可能

ゴミムシダマシ模倣表面

水輸送表面4