表面改質

表面改質とは、物質の表面に元々存在する物理的、化学的、または生物学的特性とは異なる特性をもたらすことによって物質の表面を改質する行為である。^[1] この改質は通常固体材料に対して行われるが、特定の液体の表面を改質する例も見られる。

表面の改質は、粗さ^[2]、親水性^[3]、表面電荷^{[4] 、} 表面エネルギー、生体適合性^[3]、^{[5] 、反応性}^[6]など、表面のさまざまな特性を変えることを目的として、さまざまな方法で行うことができます。

表面工学

表面工学は、固体の表面を扱う材料科学のサブ分野です。化学、機械工学、電気工学（特に半導体製造に関連して）に応用されています。

固体は、表面で覆われたバルク材料で構成されています。バルク材料を囲む表面は表面相と呼ばれます。表面相は周囲の環境とのインターフェースとして機能します。固体内のバルク材料はバルク相と呼ばれます。

固体の表面相は周囲の環境と相互作用します。この相互作用により、時間の経過とともに表面相が劣化する可能性があります。時間の経過とともに表面相が環境によって劣化する原因としては、摩耗、腐食、疲労、クリープなどが挙げられます。

表面エンジニアリングでは、表面相の特性を変更して、経年劣化を軽減します。これは、使用される環境に対して表面を堅牢にすることで実現されます。

表面工学の応用と将来

表面工学技術は、自動車、航空宇宙、ミサイル、電力、電子、生物医学、^[3]繊維、石油、石油化学、化学、鉄鋼、電力、セメント、工作機械、建設の各業界で使用されています。表面工学技術は、必要な基板表面の物理的、化学的、電気的、電子的、磁気的、機械的、耐摩耗性、耐腐食性など、幅広い機能特性を開発するために使用できます。金属、セラミックス、ポリマー、複合材料など、ほぼすべての種類の材料を、類似または異種の材料にコーティングできます。新しい材料（例：金属ガラス、ベータ-C ₃ N ₄）、傾斜堆積物、多成分堆積物などのコーティングを形成することもできます。

1995年、表面工学は英国で100億ポンドの市場規模を誇っていました。摩耗や腐食から表面を守り、耐久性を高めるコーティングが市場の約半分を占めていました。^[7]

抗菌表面の機能化は、医療産業における殺菌、表面のセルフクリーニング、バイオフィルムからの保護に使用できる独自の技術です。

近年、表面工学においては、古くからある電気めっきから、プラズマ、 ^[2]^{[3]レーザー、[}^10]イオン、電子、マイクロ波、太陽光線、シンクロトロン放射、^[3]パルスアーク、パルス燃焼、火花、摩擦、誘導などの先進的な熱源を使用する気相堆積、 ^[8]^[9]拡散、溶射、溶接などのプロセスへのパラダイムシフトが起こっています。

米国における摩耗と腐食による損失は約 5,000 億ドルと推定されています。米国では、23,466 の業界からの支援を受けて、人工表面に依存している事業所が約 9,524 社あります (自動車、航空機、電力、建設業界を含む)。^{[引用が必要]}

表面機能化

表面機能化は、表面に化学官能基を導入する。この方法では、表面に官能基を持つ材料を、標準的なバルク材料特性を持つ基板から設計することができる。顕著な例としては、半導体産業や生体材料研究が挙げられる。^[3]

ポリマー表面の機能化

プラズマ処理技術はポリマー表面の機能化に効果的に使用されています。

参照

参考文献

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文献

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外部リンク

ウルム大学表面化学・触媒研究所

[1] Carroll, Gregory T.; Rengifo, Hernan R.; Grigoras, Cristian; Mammana, Angela; Turro, Nicholas J.; Koberstein, Jeffrey T. (2017). 「クリック可能な表面結合ポリマー足場の光生成」。Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry . 55 (7): 1151–1155. Bibcode :2017JPoSA..55.1151C. doi : 10.1002/pola.28485 . ISSN 0887-624X.

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[4] Bertazzo, S. & Rezwan, K. (2009) カルボン酸によるα-アルミナ表面電荷の制御。Langmuir。

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[6] Gabor London、Kuang-Yen Chen、Gregory T. Carroll、Ben L. Feringa (2013)。「固体表面上の機能化された高度分子モーターを使用した濡れ性の動的制御に向けて」。Chemistry : A European Journal。19 ( 3 2 ): 10690–10697。doi :10.1002/chem.201300500。PMID 23784916。S2CID 5759186 。{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)

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[8] He, Zhenping; Ilona Kretzschmar (2013 年 12 月 6 日)。「テンプレート支援 GLAD: パッチ形状を制御した単一および複数パッチのパッチ状粒子へのアプローチ」。Langmuir . 29 ( 51): 15755–15761. doi :10.1021/la404592z. PMID 24313824。

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