Stress-responsive underwater adhesion using particle-stabilized bubble
| Project/Area Number |
22K18891
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤井 秀司 大阪工業大学, 工学部, 教授 (70434785)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石田 尚之 岡山大学, 自然科学学域, 准教授 (80344133)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | 泡 / 接着 / 高分子粒子 / 界面 / 刺激応答 |
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| Outline of Research at the Start |
粒子が表面を覆うことで安定化した泡（内部に空気を含有するカプセル）を刺激応答性接着剤として捉え、応力印加によるカプセル崩壊・空気漏出が誘起する空気による基材の架橋に基づく水中接着技術を実現する。具体的には、まず「ぬれの化学」に基づき、基材の表面化学（親水性・疎水性バランス）と泡の基材への吸着性・ぬれ性の相関関係を解明する。さらに、接着部位の構造評価、および接着力の実測値とラプラス圧から算出される理論値の比較を行い、接着性発現メカニズムの解明に取り組む。無尽蔵の材料である空気を「水中接着剤」として捉え、新たな接着科学の開拓に挑戦する点で大きな意義がある。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、「ぬれの化学」に基づき、基材の表面化学（親水性・疎水性バランス）と泡の基材への吸着性の相関関係の解明に取り組んだ。また、粒子安定化泡を応力応答性接着剤として捉え、刺激応答型の水中接着技術の実現にも挑んだ。具体的には、下記4項目について検討を行った。
（1）泡の作製条件の最適化：ポリビニルピロリドンが表面に分散安定剤として吸着したポリスチレン粒子を使用し、水中にて1時間以上安定に存在する数ミリメートルの直径を有する粒子安定化泡の作製条件を明らかにした。
（2）被着体表面の親水性・疎水性バランス制御：被着体として、常温で応力変形が起こりにくい固体基板を、フッ素系シランカップリング剤、炭化水素系シランカップリング剤等を使用して表面処理し、親水性・疎水性バランスを制御した基材を調製した。親水性・疎水性バランスは水中における空気泡の接触角測定により評価した。
（3）粒子安定化泡の接着力評価：粒子安定化泡に、基板間で圧縮応力を加え、泡の崩壊および内部気泡漏出を誘起した。漏出した内部気泡が基材を架橋し接着することを確認した。さらに、数値解析の結果が実験結果と同様の傾向を示すことを明らかにした。
（4）粒子安定化泡の接着性発現メカニズムの解明：粒子安定化泡の崩壊および内部気泡漏出に必要な応力を明らかにした。また、粒子安定化泡への圧縮応力印加時の泡の構造変化をハイスピードマイクロスコープによりin situ観察することで、気泡が2段階で崩壊して2枚の被着体へぬれ広がり架橋することを明らかにした。さらに、接着力発現後、接着部位における気泡形状（架橋構造）、気泡の接触角を評価した。
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Report
(2 results)
Research Products
(37 results)
