表面改性 - 百科事典

表面改性とは、物質の表面に物理的、化学的、生物学的な特性を変えることで、その物質の表面に本来存在する特性とは異なる特性を持たせる行為です。この改性は通常固体材料に施されますが、特定の液体の表面に対する改性の例も見られます。この改性は、表面の粗さ、水親性、表面電荷、表面エネルギー、生体相溶性および反応性などの多様な特性を変えるために、さまざまな方法で行われます。

表面工学
表面工学は、固体物質の表面に関する材料科学の分野です。化学、機械工学、電気工学（特に半導体製造に関連して）に応用されています。固体は表面に覆われた体積物質で構成されており、体積物質を境界付ける表面を「表面相」と呼びます。これは周囲の環境との界面として機能します。固体中の体積物質を「体積相」と呼びます。

固体の表面相は周囲の環境と相互作用し、その相互作用が表面相を時間とともに劣化させる原因となります。表面相の環境劣化は、摩耗、腐食、疲労、蠕動によって引き起こされます。

表面工学は、表面相の特性を変えることで時間の経過による劣化を減少させることを目的としています。これは、使用される環境に耐性のある表面を作成することで達成されます。

= 表面工学の応用と将来 =
表面工学技術は、自動車、航空宇宙、ミサイル、電力、電子、生物医学、繊維、石油、石油化学、化学、鋼、電力、セメント、機械工具、建設産業など、さまざまな産業に使用されています。表面工学技術は、物理的、化学的、電気的、電子、磁気、機械的、耐磨耗性および耐腐食性などの多様な機能性特性を開発するために使用できます。金属、セラミックス、ポリマー、複合材料を含むほぼすべての種類の材料が、似たようなまたは異なる材料にコーティングできます。より新しい材料（例：メタガラス、beta-C3N4）のコーティング、階層的な堆積、多成分堆積なども可能です。

1995年には、英国で表面工学市場は100億ポンドに達していました。表面の耐久性を向上させるコーティングは、市場の約半分を占めていました。

抗菌表面の機能化は、医療産業での殺菌、自己清浄表面、生物膜からの保護に使用できるユニークな技術です。

近年、表面工学は古い電镀から蒸気相堆積、拡散、熱噴射および焊接などのプロセスに変わっており、プラズマ、レーザー、イオン、電子、ミクロ波、太陽光、同步輻射、パルスアーク、パルス燃焼、放電、摩擦、誘導などの先進的な熱源を使用しています。

アメリカでは、摩耗および腐食による損失は約5000億ドルと推定されており、自動車、航空機、電力および建設産業を含む約9524の施設が、23,466の産業のサポートを受けてエンジニアード表面に依存しています。

表面機能化
表面機能化は、表面に化学的機能群を導入することで行われます。この方法で、標準的な体積物質の特性を持つ基板から機能群を持つ材料を設計できます。半導体産業や生物材料研究における顕著な例があります。

= ポリマー表面機能化 =
プラズマ処理技術は、ポリマー表面機能化に成功して使用されています。

参考資料
表面仕上げ
表面科学
摩擦学
表面計測学
タンパク質による生物材料の表面改性
放熱処理

参考文献
R.Chattopadhyay, ‘Advanced Thermally Assisted Surface Engineering Processes’ Kluwer Academic Publishers, MA, USA (現在Springer, NY), 2004, ISBN 1-4020-7696-7, E-ISBN 1-4020-7764-5。
R Chattopadhyay, ‘Surface Wear- Analysis, Treatment, & Prevention’ ASM-International, Materials Park, OH, USA, 2001, ISBN 0-87170-702-0。
S Konda, Flame-based synthesis and in situ functionalization of palladium alloy nanoparticles, AIChE Journal, 2018, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aic.16368

外部リンク
ウルム大学表面化学および触媒研究所