自立薄膜の反り

SBS ナ ノ シ ー ト の 支 持 膜 と し て は ポ リ エ チ レ ン テ レ フ タ レ ー ト (poly(ethylene terephthalate)，PET)フ ィ ル ム(ル ミ ラ ー^® T60，幅 12cm，膜 厚 25 µm: 東 レ 株 式 会 社 )を 使 用 し た ．グ ラ ビ ア ロ ー ル に よ り ，PET フ ィ ル ム 上 に PVA(重 量 平 均 分 子 量 Mw: 22000， 加 水 分 解: 86.5-89%)を 塗 布 し た(回 転 速 度: 30 rpm，ラ イ ン 速 度: 1.3 m/min，乾 燥 温 度: 100 ℃)[102]．THF に 溶 解 し た SBS ポ リ マ ー は ，シ リ ン ジ フ ィ ル タ(ス ー プ ラ ピ ュ ア^®，0.2 µm: リ ー セ ン テ ッ ク) で 濾 過 し た 後 ， 同 様 に マ イ ク ロ グ ラ ビ ア コ ー ト 技 術(回 転 速 度: 30 rpm， ラ イ ン 速 度: 1.3 m/min， 乾 燥 温 度: 80 ℃)で PVA/PET フ ィ ル ム 上 に 塗 布 し た ．

製 造 し た SBS ナ ノ シ ー ト を 用 い て 弾 性 変 形 特 性 評 価 の た め の 自 立 膜 を 製 作 し た ． 図 3.3.2 に 製 作 工 程 を 示 す ．SBS ナ ノ シ ー ト の 外 周 を キ ャ リ ア テ ー プ(ス コ ッ チ テ ー プ^® 256， 膜 厚 0.17 mm: ス リ ー エ ム ジ ャ パ ン 株 式 会 社)で 固 定 し た ． キ ャ リ ア テ ー プ で 固 定 す る 理 由 は ， 自 立 膜 と な っ た ナ ノ シ ー ト を PDMS基 板 上 に 転 写 す る た め で あ る ．次 に ，温 水 中(60℃)で PVA 犠 牲 層 を 溶 解 す る こ と で ナ ノ シ ー ト を PET フ ィ ル ム か ら 剥 離 し た ． 剥 離 後 は ，PVA 層 が 完 全 に 溶 解 す る ま で 新 し い 水 に 数 回 程 度 浸 し た ． 剥 離 し た SBS ナ ノ シ ー ト は ，中 心 に 6.9×6.9 mm²の 基 板 貫 通 孔 が 空 い た 20×20 mm²の 厚 い PDMS シ ー ト 上 に 転 写 し た ．ナ ノ シ ー ト は 自 立 し た 状 態 と な る こ と で 密 着 力 が 向 上 す る ．そ の た め ，一 旦 ナ ノ シ ー ト を PET フ ィ ル ム か ら リ リ ー ス す る こ と で ，ド ラ イ 状 態 で PDMS 上 に 転 写 す る こ と が で き た ．一 日 以 上 乾 燥 さ せ た 後 ，SBS ナ ノ シ ー ト 自 立 膜 を 形 成 す る こ と に 成 功 し た ． さ ら に ， 二 層 の SBS ナ ノ シ ー ト を 積 層 さ せ た 自 立 膜 を 形 成 し た ．ナ ノ シ ー ト の 自 立 膜 形 状 は ，フ レ キ シ ブ ル エ レ ク ト ロ ニ ク ス や シ ー ト 伸 縮 に よ る 調 整 機 能 を 持 つ MEMS デ バ イ ス の 開 発 に 大 い に 有 用 で あ る と 期 待 さ れ る ．

film thickness [nm]

refractive index

① ② ③

220.5 1.516

233.4 1.49

224.5 1.491

226.1

1.499

75

図 3.3.2. SBS ナ ノ シ ー ト 自 立 薄 膜 の 製 作 プ ロ セ ス ．

一 般 的 に 半 導 体 材 料 や 金 属 か ら な る 自 立 膜 は ，熱 蒸 着 プ ロ セ ス に 起 因 す る 残 留 応 力 に よ っ て 反 り が 発 生 す る ．一 方 で ，エ ラ ス ト マ ー シ ー ト は 低 温 で 形 成 で き る た め 反 り の 少 な い 形 状 が 期 待 さ れ る ．SBS ナ ノ シ ー ト 自 立 膜 の 平 坦 性 を 評 価 す る た め ，白 色 干 渉 顕 微 鏡(ContourGT-K: BRUKER)を 使 用 し て 表 面 プ ロ フ ァ イ ル を 取 得 し た ．図 3.3.3 (a)，(b)は そ れ ぞ れ 単 層 ，二 層 の SBS ナ ノ シ ー ト の 表 面 形 状 で あ る ．SBS ナ ノ シ ー ト 一 層 の 膜 厚 は 610 nm と し た ． 600×600 µm²の 広 範 囲 に お け る 単 層 SBS ナ ノ シ ー ト の た わ み は ，パ ー テ ィ ク

PVA PET フィルム

温水@60 ℃

スコッチテープ SBSナノシート

6.9 mm PDMS

SBSナノシート SBS/PVA/PET スコッチテープ

PDMS

76

ル を 除 い て 60 nm 程 度 で あ っ た ．す な わ ち ，膜 の 反 り は 1/10000 と い う 反 り の 少 な い 自 立 膜 が 形 成 さ れ て い る こ と が 示 さ れ た ．ま た ，二 層 ナ ノ シ ー ト の し わ は パ ー テ ィ ク ル の 増 加 と と も に 悪 化 し た が ，積 層 の 応 力 に よ る 変 形 は 観 測 さ れ な か っ た ．周 期 的 な 表 面 形 状 は ，マ イ ク ロ グ ラ ビ ア コ ー タ ー で シ ー ト を 形 成 し た 際 の 機 械 振 動 に よ る も の と 考 え ら れ る ． 表 面 粗 さ に つ い て は ， SBSナ ノ シ ー ト を ク リ ー ン ル ー ム 外 で 扱 っ て い た た め ，付 着 し た パ ー テ ィ ク ル に よ る 凹 凸 が 見 ら れ た ． 以 上 よ り ， メ ン ブ レ ン を 用 い た MEMS デ バ イ ス に も 使 用 可 能 な 反 り の 少 な い 自 立 膜 が 得 ら れ た ．

図 3.3.3. (a) 一 層 お よ び(b) 二 層 に 形 成 し た SBS ナ ノ シ ー ト 自 立 薄 膜 の 断 面 模 式 図 ．(c) 一 層 お よ び(d) 二 層 の 断 面 プ ロ フ ァ イ ル ，(e) 一 層 お よ び(f) 二 層 の 表 面 形 状 測 定 結 果 ．

SBSナノシート (610nm)

PDMS 基板 測定点

(a)

(c)

(b)

測定点

(d)

A ^100nm A’

A A’

50nm

A A’

A A’

(e) (f)

450

250

0 200 150 100 50 300 350 400

µm

100 200 300 400 500 600 0

µm

122 0 -200 -400 -600 -800 -924

nm

450

250

0 200 150 100 50 300 350 400

µm

100 200 300 400 500 600 0

µm

1678 1500

500 0 -500

-1500 -1784

nm

1000

-1000

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