[スポンサーリンク]

ナノカーボン

ダイヤモンドライクカーボン

[スポンサーリンク]

ダイヤモンドライクカーボン(Diamond Like Carbon:DLC)は炭素から成るアモルファスの薄膜で、高硬質、低摩擦、高撥水性、生体親和性などの特徴があり、様々な製品に使われ始めている。

DLCとは

炭素の素材といえば、グラファイト、ダイヤモンド、フラーレン、カーボンナノチューブなどが挙げられるが、これらは主に炭素の結合によって分類される。ダイヤモンドライクカーボンはその名の通り、ダイヤモンドのように炭素がsp3の結合をしている。ただしダイヤモンドのようにすべての炭素原子のみできれいな正四面体構造を取っているわけではなく、アモルファスの状態になっていて水素やsp2の結合も含まれている。DLCは薄膜として作られるため、基材の上に製膜されることがほとんどである。

ダイヤモンドとグラファイト(黒鉛)の結合の違い:引用

DLCを語るほとんどの専門書では下記の図が登場し、水素、sp3の炭素、sp2の炭素の割合で特性が変化することを説明している。まず、水素を含まないta-Ca-Cを水素フリーDLCと呼び、潤滑油の存在下では水素含有に比べて摩擦係数が低い。ta-Cとa-Cを比べるとta-Cのほうがsp3の結合割合が多い=高硬度であるためta-CのDLCをコーティングすることが多い。一方のta-C:Ha-C:Hは、潤滑物質がない状態では水素フリーに比べて摩擦係数が低い。水素が含まれていることでポリマーのように柔らかくなり高分子への成膜がしやすい。これらは一般的な事象であり、基質や成膜方法によって変化する。

sp3-sp2-水素三元相図

合成方法

  • プラズマCVD:アセチレンやメタンガスを原料ガスとしてプラズマによりDLCを製膜させる。原料に水素原子を含むため、水素含有の膜となる。複雑な形状でも均一に製膜できることと成膜の速さが速く処理時間が短いことが特徴である。

プラズマCVDの装置図。DLCの場合、(c)からアルゴン+アセチレンなどのガスを流して膜を作る

 

  • PVD:PVDの中でもスパッタリングが主に使われる。原料は、グラファイトターゲットを主に使うので水素フリーの膜となる。

スパッタリングの装置図。DLCの場合ターゲットにグラファイトなどを使って膜を作る

応用例

  • 自動車のエンジン:エンジンでは、燃料を燃焼させてピストンを回している。そのため、部品同士が接触する面では摩擦が少ないほうがエネルギー効率が良くなるためDLCがエンジンパーツのコーティング法として注目されていて、日産のエンジンには量産車に使われている。水素を含むDLCは潤滑油との親和性が悪く油膜ができないので水素フリーが使われている。

DLCの技術が使われている日産のエンジン

  • ペットボトル:ペットボトルはガラス瓶に比べて軽いため利便性が優れているが酸素透過率が高いため、参加しやすい液体には敬遠されてきた。しかし、DLCをコーティングすることで酸素透過率を10倍、水蒸気透過率を五倍下げることができ、ワインなどもペットボトルに詰めることができるようになった。生産性が早いCVDでDLCが成膜されている。
  • 掘削工具:ドリルなどの金属を加工する道具には、基材に負けずに長く使えるための高硬度が求められている。そのため硬度が高いDLCをコーティングされている。
  • 身の回り品:硬く摩擦が少なくなるので身の回りのものに広く適用できると考えられている。また、炭素と水素から構成されているので生体親和性が高く医療機器にも適用できることが分かってきている。

DLCコーティングが施された時計。傷をつきにくくするためにこの機種以外のG-SHOCKにもDLCが積極的に使われている。

このように広く応用できるが、コーティングするにはどの方法でも減圧チャンバーが必要であるため、メッキなどに比べると導入コストが高くなってしまう。今後は、広く実用化されることが期待される。

炭素に関するケムステ関連記事

関連書籍

関連リンク

Zeolinite

Zeolinite

投稿者の記事一覧

企業の研究員です。最近、合成の仕事が無くてストレスが溜まっています。

関連記事

  1. 化学者のためのエレクトロニクス入門⑤ ~ディスプレイ分野などで活…
  2. シクロクラビン cycloclavine
  3. カンファー(camphor)
  4. 化学者のためのエレクトロニクス講座~次世代の通信技術編~
  5. アクリルアミド /acrylamide
  6. ポリ乳酸 Polylactic Acid
  7. 虫歯とフッ素のお話① ~どうして歯磨きにフッ素が使われるの??~…
  8. デルフチバクチン (delftibactin)

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. アデノシン /adenosine
  2. 医薬品の合成戦略ー医薬品中間体から原薬まで
  3. 化学系必見!博物館特集 野辺山天文台編~HC11Nってどんな分子?~
  4. コケに注目!:薬や香料や食品としても
  5. カネカ 日本の化学会社初のグリーンボンドを発行
  6. ロビンソン環形成反応 Robinson Annulation
  7. アスピリンから生まれた循環型ビニルポリマー
  8. カネボウ化粧品、バラの香りの秘密解明 高級香水が身近に?
  9. カブトガニの血液が人類を救う
  10. comparing with (to)の使い方

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

【ケムステSlackに訊いてみた⑤】再現性が取れなくなった!どうしてる?

日本初のオープン化学コミュニティ・ケムステSlackの質問チャンネルに流れてきたQ&Aの紹介…

但馬 敬介 Keisuke TAJIMA

但馬 敬介(TAJIMA Keisuke, 1974年7月23日 – )は、日本の高分子化学者である…

Carl Boschの人生 その10

Tshozoです。このシリーズも10回を迎えましたが筆者の人生は進んでいません。先日気づいた…

「つける」と「はがす」の新技術|分子接合と表面制御 R3

開講期間令和3(2021)年  9月8日(水)、9日(木)(計2日間)※状況により、we…

第19回ケムステVシンポ「化学者だって起業するっつーの」を開催します!

少し前に化学者のつぶやきからこのような記事が出ました:【ケムステSlackに訊いて見た④】化学系学生…

10種類のスパチュラを試してみた

大好評、「試してみた」シリーズの第6弾。今回は試薬の秤量にか欠かせない、…

第48回「分子の光応答に基づく新現象・新機能の創出」森本 正和 教授

久々の研究者へのインタビューです。第48回は、立教大学の森本正和先生にお願いいたしました。第17回ケ…

畠山琢次 Takuji Hatakeyama

畠山琢次 (はたけやま たくじ)は、日本の化学者である。専門は有機合成化学,材料化学。2021年現在…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP