電子業界は回路基板と電子部品を提供することができる。電子機器に用いられる集積回路は、半導体材料からなるウエハ上に設けられている。シリコンは広く使われている半導体材料です。シリコンウェハはチップ製造前に厳しい洗浄プログラムを経ている。接触角計を用いてシリコンウエハ表面の清浄度を検出した。ポリマーは電子産業にも使用されており、チップとチップキャリアの絶縁層材料として、コーティングの品質と均一性が最も重要である。

[表面清浄度-清浄度]

表面清浄度の特性評価や評価は必要ですか？

表面は私たちを取り囲んでいて、どこにもいない。私たちはその上で生き、それを利用しています。多くの場合、表面の清浄度は興味があり重要であり、場合によっては重要でさえある。「清潔」の意味はもちろん定義の問題であり、マクロからナノスケール、およびこの区間のすべてのスケールの清潔をカバーしている。

清潔さを考えると、私たちの頭の中の最初の表面は、私たちが日常生活で使っている家や物の表面であるキッチン、浴室、服、そして私たちの車などの乗り物かもしれません。しかし、公共の場所が衛生的なレストラン、公共交通、病院であることも期待されています。後者はナノスケールの清浄度が重要な分野の一つである。例えば、病院の手術器具とその他の表面の清掃は手術の成功と疾病の伝播を防止する鍵である。食品、医薬品、その他の敏感物質の生産や加工業界など、私たちから遠い場所では、1つの部品の製造から別の部品に切り替えるには、2つの間で表面衛生処理が必要になる可能性があります。あるいは、電子や光学業界、回路やコーティングの製造において、最も軽微なダスト分子は壊滅的である可能性があります。発電所における送油管路や熱交換器などの他の構造は時間の経過とともに汚染にさらされ、堆積物の形成、スケール、バイオフィルムの形成、スケールなどの不要な物質の蓄積に伴い、機能を阻害する可能性がある。

表面清浄度のリアルタイム特性評価

QSense QCM−Dは、沈殿物、スケール堆積、バイオフィルム形成をナノスケールで測定し、定量化し、同じ沈殿物をリアルタイムで定量的に除去することができる。不要な物質の凝集を減らすか防ぐために条件を最適化することは非常に重要であり、環境を変更する前、後、および間に清潔度を特徴付けることができます。台所の清浄度の評価、バイオフィルムの形成の記述、原油管の汚れ中のアスファルト質吸着の測定などの清浄化において、それらを除去する方法や添加剤の開発を支援することができる。

接触角測定による表面清浄度の迅速評価

洗浄及び洗剤処方の効率は、接触角測定により評価することができる。

表面を洗浄し処理する表面自由エネルギーは、洗浄度と表面組成に直接関連する。接触角は、表面のナノサイズであっても濡れ挙動に影響を与えるため、すべての表面解析技術において感度が高い。簡単で迅速な測定技術として、接触角は通常、洗浄プロセスと洗浄溶液の効率を追跡するために使用される。そのため、清潔度制御が重要な分野では、接触角測定は非常に適切な品質制御方法である。自動化されたThetaによる接触角測定は、清潔度評価のためにユーザーとは独立した迅速な方法を提供します。

シリコンウェハと回路基板の清浄度は、最終製品の最適化機能を確保する重要な要素である。ボトルのインクジェット印刷や接着剤を用いたラベル適用などのガラス表面の清浄度は、後の加工工程の品質に直接影響する。ガラス汚染の測定は無駄を減らし、効率的な生産を確保するのに役立ちます。

ASTM C 813-90–接触角測定ガラスによる疎水性汚染

［表面処理及びコーティング−機能性ナノ粒子及びナノ粒子コーティング］

従来のコーティングは、下の材料を保護したり、視覚的な外観を改善したりするのに一般的に使用されています。また、他の機能に使用される塗料はますます多くの研究関心を集めている。これらのタイプのコーティングは、一般に機能性コーティングと呼ばれる。

異なる機能性コーティングの用途は広いが、最も多く研究されているのは防汚、抗菌、導電、自己洗浄、光と熱変色、自己治癒と超疎水コーティングである。

コーティングが満足しなければならない機能に応じて、異なるコーティング戦略を採用する必要がある。含浸めっき膜を用いて簡単な機能性コーティングを製造することができ、コーティングの構造と層厚を少量制御するだけでよい。より先進的なコーティングのために、Langmuir-BlodgettとLangmuir-Schefer技術はフィルムの厚さとパッケージ密度を正確に制御することができる。Langmuir−Blodgett技術はスマート窓用のナノ粒子の堆積と電子応用用のグラフェンの堆積に使用されている。ナノ粒子の堆積と機能性ナノ複合構造の構築もQSense QCM−Dによって特性化することができる。

コーティングの視覚的、分子的、湿潤性特性評価に使用できるツールはいくつかあります。

超疎水性コーティングの特性評価

超疎水性コーティングは、自己洗浄窓や防氷表面などへの応用により広く注目されている。定義によれば、水との静的接触角が150°を超え、接触角ヒステリシスが低い場合に超疎水性を実現することができる。したがって、超疎水性コーティングの特徴付けは、静的及び動的接触角を測定することによって達成することができる。

録画されたWebワークショップを見る：超疎水性表面–実験室から実生活への応用

ブログ記事：超疎水性表面の耐久性–実生活応用の最大の障害

スマート窓コーティング用ナノ粒子の堆積

私たちが地球の未来に関心を持つにつれて、異なる省エネ方式がより多くの研究を受けている。私たちのエネルギー消費の大部分は建物の加熱や冷却に使われています。私たちの建物の断熱性能を改善するための異なるソリューションがあり、新しいスマート窓が注目されています。興味深いスマート窓の1つは、温度の変化に応じて色を変えることができるサーモクロミック材料で作られています。したがって、サーモクロミックフィルムが塗布された窓は、ガラスを通過する熱交換を制御することができる。寒い天気の中で、熱を室内に保存します。暑いときには、窓は太陽からの赤外線が建物に入るのを防ぐことができます。

ロンドン大学大学院（UCL）の研究者はLangmuir-Blodgett（LB）技術を用いてポリスチレンナノボールでガラス表面をコーティングする方法を開発した[1]。彼らはLBを用いて高度に秩序化されたナノ粒子層を作製し、これらのナノ粒子層は後続のプロセスにおけるエッチングマスクとして使用できる。生成されたナノ構造は、窓が蛾の目に見られる同じ反射防止特性を持つように、二酸化バナジウムをコーティングすることができる。それは部屋の内部で反射する光線の数を5%以下に減少させ、これは他の原型の二酸化バナジウムコーティング窓よりはるかに良い効果を得た[2]。

KSV NIMA中型槽上にLangmuir−Blodgett技術を用いて石英基板上に直径200 nmのポリスチレンナノ球単分子層を堆積した。

（a）単分子層のAFM画像、（b）同一画像のフーリエ変換は、この技術で実現できる優れた結晶性を示している。著作権Dr.Alaric Taylor。

窓の反射特性を改善するほか、ナノ構造体も自己洗浄することができる。窓の表面は非常に耐水性があり、これは雨が表面に滴下すると球形の水滴が形成され、窓から転がりやすくなり、汚れ、ほこり、その他の汚染物を集め、持ち去ることを意味しています。特に窓清掃に挑戦的な摩天楼で使用される窓には、非常に必要な性能です。静的及び動的接触角測定を用いて、研究者は広く表面の自己洗浄性能を研究した。

[1] Taylor, A. Motheye スマートウィンドウ 自己クリーンする能力を持つビル温度の被動調節のためのバイオインスピレーションされた温度対応ガラス (未発表の博士論文). (2016) University College London, ロンドン, イギリス.

[2] Taylor, A. et al., A Bioinspired solution for spectrally selective thermochromic VO2 coated intelligent glazing, Optics Express 21 (2013) A752.

[録画を見るためのネットワークワークショップ：Langmuir-Blodgettを用いた高度に規則化されたナノ粒子薄膜の堆積、Alaric Taylor、UCL大学EPSRC研究員]

ブログ記事：高度に秩序化されたナノ粒子薄膜

電子応用のためのグラフェン単分子層の堆積と特性評価

単層グラフェン（SG）は初めての真の二次元材料であり、高導電性や熱伝導性、高引張強度などの多くの優れた材料特性を有することが証明されている。グラフェンはこれまで発見された最も有望で多機能な材料の1つであると考える人が多い。例えば、この材料の潜在的な応用には、より小さくて速い電子回路の構築、より強力で柔軟な建築材料の開発、より効率的な電池の作成が含まれています。グラフェンはn型導体としてもp型導体としても用いることができる。そしてその半導体的性質から、将来的には電子デバイス中のシリコンに取って代わるのではないかとの憶測が広がっている。単層グラフェンの電気的性質と透明性及び良好な耐化学性のため、グラフェンの最も興味深い応用の一つは太陽電池及び発光ダイオードとしてインジウムスズ酸化物（ITO）又はフッ素酸化スズ（FTO）の代わりにフォトニクスにおいて使用することである。 [1-3]

単層グラフェンの製造にはいくつかの異なる方法がある。大規模な工業用途に最も有望なのは、通常単層グラフェンまたは単層酸化グラフェン（SGO）の分散液を生成する異なる液相分離方法である。直面する課題は、単層グラフェンまたは単層酸化グラフェンを分散液から制御された方法で支持体に移す方法である。Langmuir−Blodgett及びLangmuir−Scheefer（LS）堆積は最近、高度に制御可能なグラフェン層の製造において喜ばしい成果を示した。

グラフェンオキシド薄膜のキャラクタリゼーションは、ブルースター角顕微鏡とPM−IRRASを用いてLangmuir槽上で直接行った。PM−IRRASを用いて、固体基材上に堆積した薄膜を特性化することもできる。

応用ダイジェスト：単層グラフェンと酸化グラフェン薄膜の堆積と特性評価

応用ダイジェスト：フィルム構造イメージング：ブルースター角顕微鏡

応用概要：高度に秩序化したナノ粒子薄膜の製造

太陽電池パネル表面の機能性コーティング

太陽電池（太陽電池とも呼ばれる）は、光エネルギーを光エネルギー効果によって直接電気エネルギーに変換する電子機器である（図1参照）。いくつかの利用可能な太陽電池があり、最も一般的なのはシリコンシート上で製造されている。他の太陽電池タイプとしては、薄膜、染料増感及び有機/ポリマー太陽電池が挙げられる。製造プロセスが簡単なため、シリコン太陽電池はこれまでよく使われてきた太陽電池であり、80%を超える市場シェアを持っているが、他の太陽電池タイプは柔軟性などの追加的な利点を提供している。

現在、世界各地の大学や研究機関で光起電力分野で活躍している研究チームが数多く存在している。本研究は大きく分けて3つの方面に分けることができる：

・現在の技術の太陽電池をより安価に、および／または他のエネルギーと効率的に競争させる。

・新太陽エネルギー電池アーキテクチャ設計に基づく新技術の開発。

・光吸収剤及び電荷担体としての新材料の開発。

従来の太陽電池の最上階は反射防止（AR）コーティングが施された薄い防護ガラスである。反射防止コーティングは光子の吸収を増加させ、このように太陽電池の効率を向上させるために使用される。ゾル−ゲル浸漬コーティング技術は、反射防止コーティングの大面積製造に広く用いられている方法である。

製造過程において、太陽電池上の異なる層間の良好な接着を確保することは非常に重要である。通常、良好な濡れ性が良好な接着性を示すため、接触角測定が使用される。

応用概要：高度に秩序化したナノ粒子薄膜の製造

応用ダイジェスト：太陽電池業界の接触角測定

Langmuir−Blodgett法を用いた高度に制御可能なナノ博膜の堆積

[機能塗料-センサー]

今の社会に生きるには、情報と予測性が非常に重視されており、私たちは周囲の環境のさまざまな側面を検出、検出、測定するために大量のセンサーを中心にしています。毎日収集される情報量は非常に多く、温度、気圧、光強度、または有毒物質はその一部の例にすぎない。

収集されたデータは、外出時に追加のセーターを持っていくかどうかを決めるための情報や生活の利便性を提供するだけであることがあります。しかし、圧力値が事前に設定された最大値と最小値に保たれているかどうかを確認するなど、調整と制御が必要かどうかを決定するために使用することもできます。各センサタイプは特定の検出方法に基づいており、関心のあるパラメータを監視することができる。

バイオセンサはセンサのサブクラスである。バイオセンサは、受容体と結合した標的物などの自然界によって設計された生体識別システムを用いて検出する。そして、これらの情報は変換され、読み取り値が収集されます。導電性ポリマーに基づくセンサは、その高い応用可能性のために深く研究されている。Langmuir−Blodgett技術は高度に組み立てられた制御可能な厚さのフィルムを生産することができ、したがってセンサ用途にも使用されている。これらのセンサは、ガスセンサおよび溶液中の微量抗生物質の検出に使用されている。異なる検出手段は光学検出から電気伝導度測定まで応用されている。

音響バイオセンサとしてのQSense QCM−D

バイオセンサは医療応用、食品工業、国防など多くの分野に応用されている。生体認証素子に加えて、生体センサは、生体認証を検出することができるセンサと、解釈可能な信号読出しとの2つの部分を含む。センサは異なる原理に基づくことができる。一般的なセンサ原理は、石英結晶微量天秤（QCM）のような音響センシングである。圧電原理に基づいて検出するQCM技術はバイオセンシングの1つの方法であり、バイオセンサの開発と応用に数十年使用されている。

広く伝えられ詳細な音響バイオセンサの総説が詳述されているように、バイオセンサの生体検出システムは抗体、タンパク質、DNA、細胞、脂質構造、炭水化物、ナノ粒子などを設計し、関連モジュールを構築する。構築モジュールと識別コンポーネントの範囲は小さいものから大きいものまでで、重金属イオンとDNAのハイブリダイゼーションから細胞の付着、増殖と成長、細胞の外部刺激への応答を検出することができます。潜在的な検出システムの範囲は非常に広く、感度と選択性を高めるためにセンサインタフェース処理戦略を絶えず探索している。

導電性ポリマーベースセンサ

小型化設備がますます重視されるにつれて、新たに開発されたナノ材料はこの分野をさらに発展させることができる。このような材料の多くの製造は、従来のマイクロ製造方法ではなく、いくつかの新興技術を使用している。

ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、およびその誘導体などの導電性ポリマーは、ガスセンサの活性層として使用され、酵素バイオセンサを固定化するための製造として使用されている。導電性ポリマーから作られたセンサは、高感度で応答時間が短いなど、多くの優れた特性を持っている。導電性ポリマーも合成しやすく、良好な機械的特性を有する。LB膜分析器は、大きな面積の高制御導電性ポリマー薄膜を製造するために使用することができる。