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撥水性固体表面の不均一性が静的・動的濡れ性に及ぼす影響の実験的解明

Research Project

Project/Area Number 10J08538
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Functional materials/Devices
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

古田 勤  東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords濡れ性制御 / 超撥水性表面 / ケミカルパターンコーティング
Research Abstract

本研究ではnmレベル及びμmレベルの物理的・化学的不均一が擬水性能に与える影響を明らかにすることを目的とした。意図的に(1)物理的不均一性、(2)化学的不均一性を付与したパターンコーティングを作製し、パターンサイズ、液滴サイズを系統的に変化させることで各項目の濡れ性への影響の検討を行った。
(1)周期性の乏しい表面粗さ形状を有し、表面粗さが異なる2種類の超撥水性コーティングを作成し、それらの表面上で、水滴の蒸発過程での濡れ状態の転移(撥水性固体-液体界面での空気の含有量の変化)を詳細に観察した。各コーティングの表面形状から平均凹凸間隔と平均凹凸高さを見積り、これらを用いて濡れ状態の転移が起こる液滴径を算出したところ、実測値に近い値となることを示した。この結果から、濡れ状態の安定性を評価・比較する上で有効であることが明らかとなった。また、外部環境の変化に伴う濡れ状態の観察において、シランの分子長が濡れ状態の転移に影響を与えることを明らかとした。
(2)撥水性シランを用いて分子レベルの平滑性を有したコーティングを作製し、これに対してフォトリソグラフィー法により化学的不均一部位としての親水性領域を規則的に配置した表面を作製し、これらの上で水滴の転落角と転落速度を測定した。パターンの大きさを相似的に変化させた場合、パターンサイズが大きいほど転落角が大きくなることを確認した。したがって、パターンサイズが大きいほど液滴は転落開始しづらいという傾向が明らかとなった。一方、転落速度はパターンサイズが大きいほど大きくなった。これらの結果から、液滴移動開始時と液滴移動時で表面欠陥は異なる影響を及ぼすことが実験的に明らかとなった。さらに、同様の傾向が物理モデルによる計算と流動シミュレーションからも確認された。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2012 2011 2010

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Wetting Mode Transition of Nanoliter Scale Water Droplets during Evaporation on Superhydrophobic Surfaces with Random Roughness Structure2012

    • Author(s)
      Tsutomu Furuta
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 258 Issue: 7 Pages: 2378-2383

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2011.10.051

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Wetting Mode Transition of Water Droplets by Electrowetting on Highly Hydrophobic Surfaces Coated with Two Different Silanes2012

    • Author(s)
      Tsutomu Furuta
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 41 Issue: 1 Pages: 23-25

    • DOI

      10.1246/cl.2012.23

    • NAID

      130004426316

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sliding of Water Droplets on Hydrophobic Surfaces with Various Hydrophilic Region Sizes2011

    • Author(s)
      Tsutomu Furuta
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 27 Issue: 11 Pages: 7307-7313

    • DOI

      10.1021/la200396v

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 固体表面における静的・動的撥水性2011

    • Author(s)
      古田勤
    • Journal Title

      色材協会誌

      Volume: 84 Pages: 373-379

    • NAID

      10030178195

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Dew Condensation on the Wettability of Rough Hydrophobic Surfaces Coated with Two Different Silanes2010

    • Author(s)
      Tsutomu Furuta
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 26 Pages: 13305-13309

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Freezing Behavior of a Water Droplet on a Rough Hydrophobic Surface Coated with a Short-chained Fluoroalkylsilane2010

    • Author(s)
      Tsutomu Furuta
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 39 Pages: 1090-1092

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高度撥水性表面上でのエレクトロウェッティングに伴う濡れモード転移の観察と表面組成依存性の評価2012

    • Author(s)
      古田勤
    • Organizer
      セラミックス基礎科学討論会第50回記念大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2012-01-12
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Sliding Behavior of Water Droplets on the Hydrophobic Surfaces with Various Size of Hydrophilic Region2011

    • Author(s)
      Tsutomu Furuta
    • Organizer
      第49回セラミックス基礎科学討論会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2011-01-11
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaporation and Sliding of Water Droplets on Fluoroalkylsilane Coatings with Nanoscale Heterogeneity2011

    • Author(s)
      Tsutomu Furuta
    • Organizer
      Eighth International Symposium on SILANES AND OTHER COUPLING AGENTS
    • Place of Presentation
      Connecticut, USA(invited)
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Sliding Behavior of Water Droplets on the Hydrophobic Surfaces with Various Hydrophilic Patterns2011

    • Author(s)
      Tsutomu Furuta
    • Organizer
      The 9th International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies
    • Place of Presentation
      Caims, Australia
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Wettability Mode Transition on Highly Hydrophobic Surfaces2010

    • Author(s)
      Tsutomu Furuta
    • Organizer
      2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Society
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii, USA
    • Year and Date
      2010-12-18
    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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