ダイヤモンド状炭素（DLC）コーティ
ングの高密着性プロセス法の開発
東京電機大学の平栗健二教授は，低融点金属や高分子有機化合物（ポリマー）材料に対し，高密着力で DLC コーティングを実現できる簡易手法を開発した．ダイヤモンド状炭素（DLC(Diamond-Like Carbon) は，抗血栓性，細胞親和性，抗菌性等の新たな魅力的特性が見いだるプロセスの開発が必要である．一般に密着も安価で容易に導入可能な特徴を持つ．開発

性の改善には作製時に基材の加熱や高温プロプロセスで作製した DLC の剥離強度を比較しセスの採用が有効であるが，ポリマーは熱可たところ，約 2 倍の密着強度を得ることがで塑性を持つことから熱プロセスの付与は適さきた（表 1 参照）．特に，改良電極で作製したない．

DLC の剥離強度は 9.7[N] であり，医療デバイ今回開発したのは，極めて低コストで実現スに十分な能力を発揮する．今後は，医療用できる①電極構造を改良したプロセス，②基デバイスへの表面コーティング技術として期

板前処理法の二つである．電極改良は，化学待される．

的気相成長プロセスのプラズマ密度を増強さ（東京電機大学せることが可能で，ポリマーや低融点金属へ〒 120-8551の DLC コーティングの密着性向上に有効であE-mail : hirakuri@mail.dendai.ac.jp）ることがわかった．前処理法は，短時間でのURL

教授

平 栗 健 二， 連 絡 先：

東京都足立区千住旭町 5，

http://nanodevicelab.jp/

プラズマ照射プロセスであり，二つの方法と［2016 年 7 月 16 日］

表 1 開発コーティング法による密着性の向上（標準法の値を 1 で規格化）され，産業界や医療界からバイオマテリアルとしての期待が高まっている．DLC を医療分野でバイオマテリアルとして応用するためには，医療デバイスとして使用頻度の高い金属（SUS や Ti など）やポリマー（PS や PC など）にコーティングする必要がある．低融点金属やポリマーへの DLC コーティングは剥離の発コーティングプロセス

SUS

ポリマー

標準コーティング

11

改良電極コーティング

2.81.8

プラズマ前処理1.62.7

生が課題であり，基材との密着性を向上させミックス粒子を結合することで，成形体を作

3D プリンターを用いて製することができる．さらに，この成形体を高比剛性セラミックス部材を作製

脱 脂，Si 含 浸 焼 成 す る こ と で セ ラ ミ ッ ク ス
部材を作製する．粉末積層造形では成形体のTOTO（株）は 3D プリンターを用いて高比充填率が低いため，これまで材料物性が低い剛性セラミックス（反応焼結 SiC）部材を作製

反応焼結 SiC しか作製できなかった．当社でする技術を開発した．既存の製造方法とほぼは成形体に特殊な処理を施すことで物性の同等の物性や緻密性を持ちながら，図 1，図 2大幅な改良に成功し，比剛性 113，曲げ強度のようなトラス構造や入れ子構造等の複雑形

290MPa と既存の鋳込み成形素材並みの物性を状のセラミックス部材を作製することが可能である．
3D プリンターは，成形型が不要な造形技術

図2

入れ子構造

トラス構造とともに，半導体製造装置や液晶パネル製造であり，従来技術では製造不可能な複雑形状装置などの軽量高剛性構造部材への展開を検部材を作製できることや開発期間の大幅短縮討する．などのメリットから，ものづくりへの応用が本研究は，総合科学技術・イノベーション注目されている．しかし，3D プリンターを用会議の戦略的イノベーション創造プログラ

いた造形方法は樹脂や金属では実用レベルにム（SIP）「革新的設計生産技術」（管理法人：きているが，セラミックスでは光造形法によNEDO）によって実施されたものです．

る小部材の製造に成功している程度に留まる（TOTO（株）総合研究所など，開発の初期段階にある．

研究員

今回開発したのは，セラミックス粒子と熱図1達成した．今後，更なる物性改良に取り組む

安藤正美

素材研究部

上席

連絡先：〒 253-8577

神奈川県茅ヶ崎市本村 2-8-1，E-mail：masami.

可塑性樹脂粒子を混合した粉末を用いて，粉ando@jp.toto.com）

末層の形成とレーザーによる選択加熱を繰りURL

http://www.hcmt.website/[2016 年 7 月 20 日 ]返す粉末積層造形と呼ばれる方法である．レー
ザー加熱により熱可塑性樹脂が溶融し，セラセラミックス
59451（2016）No. 9セラミックス

59351（2016）No.
9

粉末光触媒シートによる

プ SrTiO3） と 酸 素 生 成 光 触 媒（Mo ド ー プ

大量生産に適したスクリーン印刷法を用いてBiVO4）の粉末が導電性材料（Au 薄膜）に固粉末光触媒シートを作製したところ，水を水ソーラー水素製造定化されたシート状の光触媒である．粒子転素と酸素に定常的に分解することができた．

写法を用いることで，粒界抵抗および接触抵

今回粉末光触媒シートに使用した光触媒材

東京大学堂免一成教授らの研究グループは，抗の小さい光触媒と導体の接合体を作製する

料は比較的吸収端波長が短く，波長が 520 ～1% 超の太陽光水素エネルギー変換効率で水をことが可能となり，光触媒粒子間で効率的な540 nm 程度までの可視光しか利用することが水素と酸素に分解でき，大面積展開に適する電荷授受が可能となった．さらに，光触媒／できない．今後，より長波長の可視光を利用粉末光触媒シートを開発した．

導体の接合体の加熱処理による接触抵抗の低可能な光触媒材料を光触媒シートに応用して粉末光触媒による水の分解反応は，太陽エ減，表面修飾による逆反応の抑制，反応条件いくことで，より高い太陽光水素エネルギーネルギーを用いて安価な水素を大規模に製造の最適化による水分解活性の向上の結果，粉変換効率を達成できると期待される．

する反応であり，人工光合成の中核となる技末光触媒からなる系としては圧倒的に高い

本研究は（国研）新エネルギー・産業技術術として注目されている．太陽光を有効に利1.1% の太陽光水素エネルギー変換効率を達成

総合開発機構「二酸化炭素原料化基幹化学品用する手法として，吸収端波長の長い水素生した．

製造プロセス技術開発（人工光合成プロジェクト）」のもと行われた．

成光触媒と酸素生成光触媒を組み合わせ，二粉末光触媒シートは純水に沈めて太陽光を段 階 の 光 励 起 を 利 用 して水を分解する Z ス

照射するだけで水を分解して水素と酸素に分（東京大学大学院工学系研究科

キーム型水分解反応が知られている．しかし，解することができる．そのため，水電解に特堂免一成 連絡先：〒 113-8656 東京都文京区

従来の手法では二種類の光触媒粒子間での電有な pH 勾配や溶液抵抗の影響を受けにくく，

本郷 7-3-1, Email: domen@chemsys.t.u-tokyo.

荷授受の効率が低いために，効率よく水を分高活性を維持したまま大面積に拡張可能であac.jp）URL解することは難しかった．

る．また，支持電解質，緩衝液，外部電源等

ac.jp/, http://www.nedo.go.jp/news/press/
AA5_100533.html

教授

http://www.domen.t.u-tokyo.

今 回 開 発 し た の は， 粒 子 転 写 法 と い う 手を必要としないため，極めて単純で安価なシ法を用いて水素生成光触媒（La，Rh 共ドーステムを構築できる可能性がある．実際に，高リチウムイオン伝導性酸化物

報 告 さ れ， リ チ ウ ム 金 属 に 安 定 な 酸 化 物 固リチウム含有材料では，焼成時にリチウム固体電解質を開発

体電解質として現在最も注目を集めているの揮発が起き，焼結を阻害するために焼結密Li7La3Zr2O12（LLZ）系材料の開発を行っている．

度の向上にはリチウム揮発量の制御が必要で

日本特殊陶業（株）は，酸化物固体電解質

化学量論組成の LLZ は，高温で高イオン伝導ある．粉末粒度の調整，焼成温度・時間の制

Li7La3Zr2O12 の置換元素を検討することによ性を有する立方晶となるが，室温では低リチ御のみならず，出発原料へのリチウム過剰添り，室温で高いリチウムイオン伝導率を示すウムイオン伝導性の正方晶となるため，元素

加やパウダーベッド法での焼成などによるリ材料を開発した．

置換により室温で立方晶を安定化させる試み

チウム揮発量を制御する手法を併用し，相対高安全，高エネルギー密度の二次電池実現が行われている．当社は，リチウムサイトの密度 90% 以上，粒界がほぼ見られない組織をを目指して，従来の電解液に代えて固体電解マグネシウム置換とランタンサイトのストロ有する焼結体が作製できた．

質を用いる全固体電池の開発が盛んに行われンチウム置換の組み合わせを選択した．リチ

本固体電解質は全固体電池用途のみならず，ている．全固体電池には硫化物型と酸化物型

ウムサイトの一部をイオン半径の近いマグネ

空気電池用セパレータなどへの応用も期待さの二種類があり，リチウムイオン伝導率は硫シウムで置換する報告は従来にはなく，このれる．

化物固体電解質の方が高いものが報告されてマグネシウム置換により立方晶が安定化する（日本特殊陶業（株）技術開発本部

いるが，安全性および大気中安定性の面ではことを見いだした．さらにストロンチウム添

連絡先：〒 485-8510

酸化物固体電解質が優れており，伝導率の向加により格子サイズを制御し，25℃で 1.4 ×2808，E-mail：h-hikosaka@mg.ngkntk.co.jp）

上に向けた研究が行われている．

10-3S/cm と酸化物としては最高水準となる値［2016 年 7 月 21 日］

導ガラスが固体電解質材料として注目されて効果を高めること，添加物として電子をよりいる．しかし，そのガラス構造とリチウムイ多く含む元素を加えることなどが，さらに高オン伝導の相関性（リチウムイオンが流れる

いイオン伝導率を持つ硫化物ガラスを開発す京都大学の小久見善八名誉教授らの研究グ仕組み）についてはこれまで明らかになってるための指針として提案できる．今後は本研

ループ（尾原幸治特定助教（現 高輝度光科学おらず，イオン伝導に寄与するガラス構造の究で得られた指針を基にした新材料開発を進研究センター），三井昭男特定研究員（現 トヨ理解不足が新材料の開発におけるボトルネッめるほか，分極効果とイオン伝導性の相関性タ自動車）等）は，車載用の次世代電池としクとなっていた．

についてより詳細な解明も目指す．

当社では，Kiel 大の Weppner 教授らにより全固体電池の性能向上へ［2016 年 7 月 20 日］を達成した．

彦坂英昭

愛知県小牧市大字岩崎て有望な全固体電池の性能を左右する固体（ガ今回の研究では，硫化物ガラス電解質の構ラス）電解質について，その高いイオン伝導造を放射光 X 線や中性子による回折，ラマン基礎研究事業により執り行われた．

性の構造学的要因を解明することに成功した．

分光などで調べ，得られたデータをもとにし（（公財）高輝度光科学研究センター

全固体電池は電解質を固体にした液体を含たコンピュータシミュレーションを通じ，ガ究促進部門

まない二次電池であり，安全性を高められるラスの骨格構造の高い分極（電荷の偏り）効兵庫県佐用郡佐用町光都 1-1-1, E-mail : ohara@等の特徴がある．同電池の実現には有機電解果がリチウムイオンの伝導性に重要な役割を

spring8.or.jp）

液に代わる優れた固体電解質の開発が必要不果たしていることを明らかにした．

URL

可欠であることから，室温で高いイオン伝導率今回の研究成果より，ガラス構造に含まれを示すリン含有硫化物系のリチウムイオン伝るリンの割合を減らすことで骨格構造の分極594
セラミックス51（2016）No. 9

この研究は，NEDO 革新型蓄電池先端科学

尾原幸治

利用研

連絡先 : 〒 679-5198

http://www.rising.saci.kyoto-u.ac.jp［2016 年 7 月 21 日］

セラミックス51（2016）No. 9595