エネルギー分野は、生産、製造、エネルギーの販売、流通のすべての業界に関連している。石油、天然ガス、石炭、原子力、再生可能エネルギー工業が含まれています。

エネルギー部門は、世界の隅々でエネルギー需要が増加し、環境や燃料使用の前提条件が変化していることに伴い、発展しています。技術的実行可能性、既存のインフラ、経済的利益、地政学的情勢の絶えずの変化に伴い、新しい情勢に適応し続けるエネルギー分岐も絶えず現れるだろう。既存のブランチは新しいニーズに対応するために発展し、新しいエネルギー収集方法が次々と登場するだろう。

［表面処理及びコーティング−機能ナノスケール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

[表面解析&品質制御/品質制御]

品質管理はQCと略称し、各製品の生産過程の重要な構成部分である。QCでは、規範に基づいて製品を検査し、それに応じて決定しなければならない。表面品質制御は、汚れ除去、コーティング、印刷などのプロセスの基本的な構成部分である。これらのアプリケーションでは、QCは、実装プロセスが成功するかどうかを決定する。

表面の濡れ性は表面性能の良好な指標である。表面の濡れ性は接触角測定器で評価することができる。表面接触角は、複数の品質制御のステップに使用できます。

・表面処理前に表面洗浄を確保する

・表面処理後、理想的な処理レベル及び／又はコーティング均一性を確保する

・接着性と濡れ性に関する品質制御問題の解決

接触角測定は自動化することができ、小さな測定領域だけが必要です。接触角は迅速な分析の可能性を提供し、同時に大ロットサンプルも測定しやすい。接触角は特に表面品質制御に適している。

・表面感受性技術の1つ

・簡単、迅速、使いやすい

・ユーザに依存せず、特に自動化の場合

・定量的なデータを与える

・完全で科学的な品質制御方法

単独の水接触角測定は表面化学をよく推定することができますが、分散型液体で測定することで表面の表面自由エネルギーを決定することもできます。廃棄可能な分配器の集積は、表面自由エネルギー測定を非常に迅速にする。表面自由エネルギーは表面エネルギーの分散と極性成分を区別できる方法である。接触角測定は、コーティングの均一性を検査するためにも使用することができる。通常使用されているダインペンやインクテストなどで得られた結果は正しくありません。

表面化学的性質のほか、粗さは濡れ性の面でも一定の役割を果たしている。プラズマや火炎処理など多くのプロセスは、基材の化学的性質に影響を与えるだけでなく、粗さを変えることもできます。形態測定と接触角を組み合わせることにより、粗さの影響と接触角の影響を区別することができる。

全自動のTheta接触角測定器は、接触角測定を誰にも妨害されないようにすることができ、結果の再現性を高めることができます。OneAttensionソフトウェアには、QCプロセスを単純化するための品質制御モデルが含まれています。OneAttensionには、オペレータに制限されたオペレーティング環境を作成し、時間を節約した一括分析とニーズに合わせてテスト結果レポートを作成するなど、特別な品質管理機能も用意されており、操作をできるだけ簡単かつ迅速に行うことができます。

プラズマとコロナ処理表面

プラズマ及びコロナ処理は、表面の洗浄及び活性化のために使用することができ、その後、印刷、接着、ペイント、塗装又はコーティングなどの次の処理を行うことができる。接着性や濡れ性などに関する多くの業界の問題を解決するために使用されています。

包装や印刷に使用される紙や板紙の工業用コーティング

包装材料として、板面は通常、水分と老化に抵抗するために押出コーティングを使用する。印刷品質を最適化するために、表面は通常プラズマまたはコロナ処理され、インクと表面の濡れ性を高める。接触角QCは簡単な方法であり、コーティングと処理後の機能を保証する。

医療機器製造のための産業用コーティング

異なるタイプの産業用コーティングを医療機器に適用して、その機能、例えば選択的な流体流を増加させる。塗料は、診断、生物医学、製薬など、さまざまな用途に使用されています。

生物医学インプラントの表面処理

インプラント表面の濡れ性を変化させることにより、生物医学インプラントの生体適合性に影響を与えることができる。表面粗さを高め、表面化学物質の濡れ性への影響を変えることで、インプラントの品質を保証することができる。

ガラスとタッチパネルのクリーニング

ガラス表面のクリーニングは、ボトルへのインクジェット印刷や接着剤を用いたラベル貼りなど、後の処理工程の品質に直接影響を与える。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。

太陽電池パネル用工業塗料

太陽電池パネルは通常、最適な効率を確保するために、光起電力及び反射防止コーティングを塗布する必要がある。清浄度は、パネルの効率及び異なるコーティング間の接着に影響を与える。接触角測定は、パネルの製造プロセスにおける品質制御に使用することができる。

トランス油の品質制御

絶縁油は電力変圧器コイルの周囲に使用でき、冷却、絶縁、コロナとアークの保護を提供する。変圧器油は変圧器の運転中に機械と電気応力及び化学汚染に接触する。時間が経つにつれて絶縁油の機能が低下し、変圧器の故障や停電の原因になる可能性があります。変圧器油を定期的にテストすることで、品質を確保し、高価な故障停止時間を防ぐことができます。

ASTM D-971規格は変圧器油の一般的な電気的及び物理的性質を定義している。表界面張力はDuNoüyリング法を用いて測定した。油と水の界面張力は油の純度と機能と関係がある。変圧器油界面張力の低下は、汚染物質の蓄積または酸化副産物の形成に起因する。Sigma 702 ETは、ASTM規格に従って全自動で動作し、測定することができます。

アプリケーションダイジェストのダウンロード

ASTM D 971国際規格に基づく環法による油水界面張力測定