塗って焼かずに多孔質セラミックスをプラスチック基板へコーティングする技術を開発――微生物の滅菌/除菌への活用に期待 大阪大学と日本触媒

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大阪大学産業科学研究所の菅原徹准教授らの研究グループは2020年6月1日、日本触媒と共同で、混合した原料を塗って焼かずに、多孔質セラミックス(酸化チタン)をプラスチック基板へ直接コーティングする技術を開発したと発表した。直接酸化チタンのナノ構造多孔質薄膜を、耐熱性の低い基板や基材へ成膜することができるという。

酸化チタンは光触媒活性が高く、微生物の除菌や滅菌効果があることが知られているが、一般的に酸化チタンなどのセラミックスは焼結温度が高く、プラスチック基板など耐熱性の低い基板へのコーティングには超高真空技術の活用、もしくは接着剤やバインダーなど接着補助機能が必須だった。

研究グループは今回、基板に原料の有機金属塩と安定剤(ナノ構造の形成に寄与する対カチオン)を混合した原料を塗布し、単純に加熱することで基板へ直接ナノ構造(多孔体)薄膜をコーティングすることに成功したという。さらに、プラスチック基板に原料(前駆体溶液)を塗布し、高強度の白色光を照射することで、基板へ熱ダメージを与えずに、酸化チタン薄膜を焼成/焼結する技術を開発した。

成膜されたナノ構造多孔体酸化チタン薄膜(TiOx)の外観写真と表面電子顕微鏡像 a.ナノ構造多孔体1、b.ナノ構造多孔体2

高強度光焼成装置の概念図 左.光照射前、右.光照射中

この技術によって、プラスチックなど耐熱性の低い基板や基材へ直接酸化チタンのナノ構造多孔質薄膜を成膜できる。さらに、前駆体溶液にインクジェット印刷機による描画や複雑な形状の基材を直接浸漬でき、ナノ構造多孔質の酸化チタン薄膜をあらゆる形状と材質の基材(基板)にコーティングできるという。成膜されたナノ構造多孔質薄膜の膜厚は約1 μm以下で、mmスケール径の細孔を塞ぐことなく表面コーティングできる。

成膜されたナノ構造多孔体酸化チタン薄膜(TiOx)の表面/断面電子顕微鏡像 左.加熱焼成後、右.光焼成後、上.表面像、下.断面像

今後、プラスチック製の複雑形状(網目状)のフィルタなどに、酸化チタンのナノ多孔質薄膜を成膜して病原体ウィルスのトラップ、UV(や可視光)照射による光触媒効果でのウィルスの滅菌/駆除などの応用が期待される。その他、毛細管内側の發液(發油)処理コーティングや流通式触媒などへの適用、ナノ多孔質の光散乱特性を利用したホワイトニングコートなどへの応用が期待される。

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