基礎技術解説分析・評価・解析

水素結合成分による高分子膜の相互作用解析

塗膜の表面エネルギーは、付着、濡れ、被覆性などの重要な性質に強く関与する物理量である。通常、固体の表面エネルギーの2成分として、分散と極性成分を用いて解析する場合が多い。ここでは、極性成分の中の水素結合成分を分割して3成分として解析する。よって、付着エネルギーWaは次式のように表す事ができる。

式
式

ここで添字d,p,hは、それぞれ、分散(非極性)、極性、及び水素結合成分を表している。これらは、γの値が分かっている標準液を用いて各表面のエネルギー成分を求める事ができる。下の左図は接触角法で求めた無機基板表面の表面エネルギーの各成分、表面エネルギー、及びSi3N4探針に対する接着エネルギーを示している。分散成分は各基板間で大きい差はなく、約20mJ/m2の値となっている。又、有機物であるフォトレジストは大きい分散値を示している。極性成分は3成分の中で一番低い値を示しているが、各基板間の有意差が現れている。特にSi、Al又はHMDS処理をした基板では低い値を示し、SiO2, BPSG, Si3N4等の極性基板は比較的高い値となっている。水素結合成分は各基板間の有意差が一番大きい成分であり、その傾向は極性成分と似ているが値は大きい。固体の表面エネルギーはその極性、水素結合成分によって有意差が生じるが、分散成分には依存しない事がわかる。また、探針と表面間の接着エネルギーに関しても同様の事が成り立ち、接着エネルギーの有意差は主に極性と水素結合成分による事ことがわかる。

各基板の表面エネルギーと接着エネルギー
"各基板の表面エネルギーと接着エネルギー
探針の引力と表面エネルギーとの相関
探針の引力と表面エネルギーとの相関

上の右図はAFMによる2つの表面力F1,F2と表面エネルギーとの相関を示している。探針が表面に近づく際に生じる引力F2と表面エネルギーには正の相関がみられている。高い表面エネルギーを有するBPSGやSiO2などは大きい引力値F2を示し、低い表面エネルギーを有するAlやSiに対しては低い引力を示す。

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以下のような図や解説が続きます。

  • [図]引力F2と表面エネルギー成分との相関
  • [図]探針の歪みエネルギーと接着エネルギーとの相関
  • [図]接着強度と接着エネルギーとの相関

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