国立产业技术综合研究所【会长：野间口佑】（以下简称“AIST”）近场光学应用工程研究中心【研究中心主任：富永淳二】超级透镜技术研究组【研究组组长：中野隆】栗原和真研究员：大面积纳米结构我们利用模具制造技术开发了塑料基材的亲水技术。这是AIST与House Tech株式会社（社长：星田慎太郎）共同研究的成果，是将AIST的大面积纳米结构制造技术和纳米结构转移技术与House Tech株式会社的亲水性基材应用技术和亲水性评价技术相结合而实现的。
所开发的技术使用形成纳米结构的大面积模具，通过模具传递模塑在塑料基材的表面形成纳米结构，从而可以使疏水性塑料基材亲水化。该技术可以省略需要亲水涂层的亲水构件的生产过程，并且可以有助于进一步降低亲水基材的价格和提高其功能性。此外，可以使塑料基材具有比传统亲水技术更高的亲水性保持率，并且是透明的并且具有改善的透光率。当用于浴室镜子时，预计具有防雾效果，当应用于太阳能电池板时，预计可提高发电效率并具有防污效果。
与应用亲水剂等传统方法相比，由于它使用纳米结构，因此具有优异的耐化学性和耐剥离性，并且有望在以前难以使用的环境中使用。此外，当形成亲水区域的图案时，涂覆方法需要许多生产工艺和设备。然而，由于该技术使用图案化模具，因此仅通过成型工艺就可以制造出具有局部形成的亲水区域的基材。DNA阵列、柔性显示器等生物模板
该成果将在10月15日至16日在AIST筑波中心举办的AIST开放实验室以及10月22日至23日在福井市举办的北陆技术交流技术博览会上展出。
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干燥状态
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附着水的状态
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在窗玻璃表面安装平膜和纳米结构膜（开发产品）时的润湿性
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润湿性控制技术是汽车门镜、窗玻璃、住宅外墙、液晶电视、电极布线、农用薄膜和生物模板等广泛领域产品制造中使用的重要技术。迄今为止，润湿性控制技术普遍利用材料的亲水性和拒水性，采用喷涂、浸渍等湿式方法和使用真空镀膜设备的干式方法来涂覆有机和无机材料。
然而，在应用这些亲水材料时，涂布工艺的成本不容忽视，特别是在干法中，存在涂布成本随着面积变大而增加的问题。另外，这些亲水性材料还存在润湿性控制的持续时间因污垢等而缩短的问题，并且在不使用光催化剂等的情况下，存在无法长期维持性能的问题。因此，需要一种比传统制造工艺成本更低、更简单并且在更长时间内保持润湿性能的新亲水技术。
另一方面，近年来，利用纳米级微结构的独特现象的新器件的开发正在积极进行，并且正在研究和开发各种器件，例如使用纳米结构为透镜等添加减反射功能、提高燃料电池的电力存储效率、以及控制润湿性。众所周知，由于纳米结构效应，可以通过改变表面能来控制润湿性。然而，使用这些纳米结构的润湿性控制是基于小面积纳米结构的润湿现象，而大面积纳米结构的润湿现象到目前为止还没有得到太多研究，因为大面积纳米结构本身难以形成。
纳米压印利用转移技术形成大面积纳米结构的技术成本低且简单，并且还可以赋予局部亲水性基材等新性能，因此被认为可以应用于广泛的领域，并且其实现令人期待。
AIST 是蓝光和HD DVD，我们正在研发下一代高密度光盘，其大存储容量从100 GB到1 TB以上。同时，我们也将通过光盘开发获得的研究成果应用到其他工业领域，迄今已开发出采用大面积纳米结构制造技术的纳米加工设备以及利用大面积纳米结构制造技术制造大面积减反射透镜的技术。这次，我们将在光盘开发中获得的大面积纳米结构模具制造技术/纳米结构转印技术与Housetech株式会社的亲水性基材应用技术/亲水性评价技术相结合，开发出一种仅通过转印工艺即可轻松制造、且亲水性保持性优异的疏水性塑料基材的亲水性技术。
使用改编自光盘制造设备的纳米加工装置制造大面积纳米结构模具，然后使用纳米压印方法将纳米结构转移到薄膜上，从而制造出使用所开发的大面积纳米结构的亲水基板（图1）。该技术仅通过转移工艺即可使塑料基材亲水化，从而可以大面积制作。此外，它可以在较短的制造周期内（例如，AIST设备每片20秒，具体取决于纳米压印制造设备）使疏水性塑料表面亲水化。当涉及微小区域的润湿性时，纳米结构会降低表面能，因此具有纳米结构的塑料基材往往比平板更具有防水性，并且不会表现出亲水现象。另一方面，通过将大面积模具和纳米结构转移技术相结合来创建大面积纳米结构，如本例所示，仅使用转移过程就可以将防水塑料基板变成亲水塑料基板。图2显示了在表面形成有大面积纳米结构的薄膜和没有纳米结构的平坦薄膜上喷雾的结果。如果是平膜，塑料薄膜具有防水性，喷出的雾气会变成水滴，很难看清背景。然而，可以看出，在具有大面积纳米结构的薄膜中，形成的是水薄膜而不是水滴。此外，由于具有纳米结构的薄膜是透明的，因此即使在喷雾时也能保持良好的可视性。该技术仅通过转移工艺即可使塑料基材具有亲水性，因此如果制作卷状模具，则可以以低成本生产大面积的亲水膜，我们相信该技术也将能够为国际竞争激烈的产品开发领域做出贡献。
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图1 纳米结构转移亲水膜照片及制作过程
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图2 纳米结构转移膜的润湿性
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图3显示了所制备的纳米结构薄膜的亲水性可持续性的评估结果。亲水持久度为40毫米2周围水滴的残留面积计算得出可以看出，与其他亲水性赋予方法相比，具有纳米结构的薄膜具有更好的亲水性保持能力。
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图3亲水技术亲水维护评价结果
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接下来，我们将展示使用带有纳米结构图案的模具将纳米结构转移到薄膜表面的示例（图 4）。当纳米结构添加到塑料薄膜表面时，它会从疏水性变为亲水性，从而使水滴从疏水性区域中去除，仅保留在形成纳米结构的亲水性区域上（图4）。
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图 4 纳米结构图案基底上的润湿性
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另外，通过形成致密的纳米结构，可以提供表现出高透光率的防反射功能。例如，当应用于面板等时，纳米结构的减反射效果可将一侧的反射光减少4%，从而可以提高透光率。同时，纳米结构的亲水效应可以防止水滴的形成，因此即使在雨天也能保持高透光率（图5）。因此，当应用于太阳能电池板等时，可以期待发电效率的提高。
例如，通过应用该技术，有机材料可用于柔性显示器，这是下一代显示器之一。滤色镜·预计会有多种应用，包括电极布线的选择性涂层技术、DNA阵列和毛细管等生物模板、药物开发和太阳能电池板。
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图 5 纳米结构引起的透射光强度变化
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我们计划不时运送新开发的纳米结构薄膜的样品，以检验其在许多工业领域的应用潜力。此外，我们希望通过样品运输为使用纳米结构的亲水膜的工业化和商业化做出贡献。另外，在研发方面，1m2实现面积为滚压压印工艺开发纳米结构转移技术，并实现更大的面积和更快的制造。