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材料製造プロセス

大面積導電性ダイヤモンド電極

千葉県

株式会社MPS

2021年2月19日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 電気分解用導電性ダイヤモンドを高効率かつ安定品質で供給出来る革新的な成膜プロセスの開発
基盤技術分野 材料製造プロセス
対象となる産業分野 環境・エネルギー、化学品製造
産業分野でのニーズ対応 高性能化(信頼性・安全性向上)、高効率化(生産性増加)
キーワード 導電性ダイヤモンド、熱フィラメントCVD、電気分解、オゾン
事業化状況 事業化に成功
事業実施年度 平成29年度~令和1年度

プロジェクトの詳細

事業概要

電気分解に用いる導電性ダイヤモンドは今後大幅な需要が予想される。従来海外からの輸入に頼っていた大面積導電性ダイヤモンドの高品質かつ低価格で必要数量の安定供給に対する川下ユーザーからの強いニーズがある。これらのニーズに対応するため、その場分析によるガス組成の制御、ロードロック室を持つなど革新的な成膜プロセスを開発すると共に、基盤状態の最適化を行い、高効率でフレキシブルな製造技術を確立する。

開発した技術のポイント

・従来にない高効率熱フィラメントCVDプロセスの開発
・気相合成反応場の最適化による高成膜レートの達成
・電気分解用途としての品質評価方法の確立と製造条件への反映

LL付き熱フィラメントCVD装置
具体的な成果

① 品質の安定化
ガス導入口をフィラメントの加熱されない位置へ配置し、基板を回転させて成膜することで導電性ダイヤモンド膜の抵抗率のバラツキを1/3以下とした。
また、5ヶ月間もの間安定した成膜が可能であった。
② 生産性の向上
成膜レートを従来の0.5μm/hrから0.7μm/hrへ向上させたこと、LL機構を設けることで、真空を保持、及びフィラメントを加熱したまま基板を交換できるようになったため、従来装置よりも生産性が67%向上した(当社比)
③ 歩留まりの向上
基板を垂直に配置することで、パーティクルや基板ステージから剥離したダイヤモンド膜が基板に載りにくくなったため、歩留まりが従来装置の70%から新型装置では90%に向上した。
④ チタン、ニオブ、グラファイト等の各種金属基板への成膜前処理条件の最適化や、質量分析装置によるメタン流量のフィードバック制御を行うことで、
チタン、ニオブ、グラファイトへの成膜が可能となった。
⑤ 検査方法の確立
走査型電気 化学顕微鏡システムを使用し、導電性ダイヤモンド膜の電気化学特性の直接評価手法を確立した。

知財出願や広報活動等の状況

特願2020-57142
発明の名称:熱フィラメントCVD装置
発明者:高橋善則、尾形聡
出願日:2020年3月27日

研究開発成果の利用シーン

導電性ダイヤモンド電極は、廃水処理、水の浄化、オゾン水生成、電気分解・合成、センサー等多岐にわたり利用することができる。
特に昨今のコロナウィルスの影響もあり、殺菌効果のあるオゾン水生成用途の引合いも多い。

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

導電性ダイヤモンド電極単体だけでなく、導電性ダイヤモンド電極を使用した電気分解用電解セルユニットの開発を行い、その電解セル販売まで行う計画にしている。
また、本事業のアドバイザーでもある松尾産業㈱と業務提携を行い、2019年11月に新工場(約685m2)を借り、量産体制構築に向けた準備を開始した。

提携可能な製品・サービス内容

素材・部品製造、共同研究・共同開発

製品・サービスのPRポイント

導電性ダイヤモンド電極は、廃水処理、水の浄化、オゾン水生成、電気分解・合成、センサー等多岐にわたり利用することができる。

今後の実用化・事業化の見通し

現在導電性ダイヤモンド電極単品で購入していただけるお客様は、その導電性ダイヤモンド電極を用いた電解セルユニットを設計・製作できるユーザーのみとなっている。また、展示会に出展したところ、導電性ダイヤモンド電極単品ではなく、電解セルユニットとして販売して欲しいとの要望が多数あった。
そこで、導電性ダイヤモンド電極単体だけでなく、導電性ダイヤモンド電極を使用した電気分解用電解セルユニットの開発を行い、その電解セル販売まで行う計画にしている。

実用化・事業化にあたっての課題

ダイヤモンド膜の積層化:膜剥離を抑制し、耐久性向上に寄与するかどうかは現時点で検証できていない

事業化に向けた提携や連携の希望

小規模な水処理(廃水処理等)を事業として行っている企業で、導電性ダイヤモンド電極を使った処理の開発を行ってくれる企業を希望

脱色試験

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社MPS 技術部
事業管理機関 公益財団法人千葉県産業振興センター 新事業支援部 産学連携推進室
研究等実施機関 学校法人千葉工業大学 工学部先端材料工学科、工学研究科
千葉県産業支援技術研究所 材料技術室、プロジェクト推進室
アドバイザー KOA株式会社
松尾産業株式会社
栗田工業株式会社
ミクロエース株式会社
公益財団法人千葉市産業振興財団

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社MPS(法人番号:4040001021426)
事業内容 ダイヤモンド膜の受託製造及び製造装置の販売、真空成膜装置の製造販売、電子ビーム溶接機の販売、及び受託加工
社員数 8 名
生産拠点 千葉県花見川区三角町65-1
本社所在地 〒262-0011 千葉県花見川区三角町65-1
ホームページ http://www.mpstudio.jp
連絡先窓口 高橋善則
メールアドレス y.takahashi@mpstudio.jp
電話番号 043-259-5185