Research Institute for Sustainable Humanosphere

共同研究

2011(平成23) 年度 生存圏科学 ミッション研究 16

研究課題

原子状酸素照射によるオルガノソルブリグニン炭素化物の酸化・浸食機構とその抑制

研究組織

 代表者 畑俊充 (京都大学生存圏研究所)
 共同研究者 田川雅人 (神戸大学工学研究科)
小嶋浩嗣 (京都大学生存圏研究所)
梶本武志 (和歌山県工業技術センター)
関連ミッション
  • ミッション 3 (宇宙環境・利用)
  • ミッション 4 (循環型資源・材料開発)

研究概要

原子状酸素は、紫外線で酸素分子が原子となった物質で反応性が高く低地球軌道(地上 200–700 km: LEO, Low Earth Orbit)を航行する宇宙機の外表面が酸化により劣化を起こしやすい。劣化を制御するため高分子材料や炭素材料を用いた酸化劣化制御材料の開発が進んでいるものの酸化劣化の完全防止技術は確立されていないのが現状である。

有機物を高温で処理して得られる炭素材料は耐熱性があり、軽くて高強度であるため宇宙機での外表面に使用する試みが行われてきている。木材を原料とする炭素化物についても、燃料用途以外に電気や熱の伝導性など様々な機能性が報告され、LEO で航行する宇宙機の外表面材料用途に木質以外の炭素材料と同様、使用できると考えられる。さらに木材そのものを炭素化することのみならず、木材を構成している成分に分離してから炭素化することによる炭素材料の開発が進んでいる。昨年度、原子状酸素照射に伴う表面性状について酸化劣化抑制には Si が酸化物にならなくても原子状酸素による浸食に対して抵抗することを突き止めた。本提案では、Si 酸化物について、試料表面における TEM-EELS 測定を行うことによって、Si と炭素との存在状態を明確にし,酸化劣化防止に寄与する要因を構造の面からより明確にする。

本提案では試料を薄層に切り出し TEM-EELS 分析を行うことによって原子状酸素照射に伴う試料表面の形態変化についてナノスケールで測定を行う。XPS 分析により原子状酸素照射面の化学結合を調べた結果、Si が酸化物となることが判明したものの、実際に Si と C との位置関係や形態について研究を行った事例は報告されていない。ナノスケールでの観察を行い、構成している最小単位での構造を明らかにしていくことで分子レベルにおける宇宙機外表面の設計が可能となる。開発に用いる原材料は木質材料を用いることによって再生可能な資源を有効利用していくことが可能となる。開発品の酸化劣化防止技術は、宇宙圏のみならず地球上での人間生活にも応用可能であって開発の技術が宇宙分野と木質分野とでの融合がより促進されると考えられる。

畑俊充: 2011(平成23)年度 生存圏ミッション研究 図 1図 1 原子状酸素照射装置

畑俊充: 2011(平成23)年度 生存圏ミッション研究 図 2図 2 原子状酸素照射後の TEM 像

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2011年8月3日作成

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