| Project/Area Number |
23K23079
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| Project/Area Number (Other) |
22H01811 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
石井 佑弥 京都工芸繊維大学, 繊維学系, 准教授 (30633440)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
延島 大樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究員 (20750110)
酒井 平祐 国士舘大学, 理工学部, 准教授 (30580401)
植村 聖 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 総括研究主幹 (50392593)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
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| Keywords | エレクトレット / 超極細繊維 / ナノマイクロファイバ / 電界紡糸 / エレクトロスピニング |
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| Outline of Research at the Start |
電界紡糸のワンステップで作製され、廉価な汎用の非強誘電性ポリマーであるポリスチレンなどからなる超極細繊維膜が、高電荷密度の帯電や強誘電性などの特異な物性を示すことが分かってきている。しかし、電界紡糸エレクトレット超極細繊維膜の学理は、関連学術領域の研究者や技術者の注目度が高いにもかかわらず世界的にほとんど未解明である。そこで本申請課題では、これまでの申請者らの研究を踏まえて、非強誘電性ポリマーからなる強誘電エレクトレット超極細繊維膜の詳細な学理(3次元帯電分布や形成メカニズム、高密度帯電の要因など)を明らかにすることを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、非強誘電性ポリマーからなる強誘電エレクトレット超極細繊維膜の詳細な学理(3次元帯電分布や形成メカニズム、高密度帯電の要因など)を明らかにすることを目的としている。本目的が達成されれば、電界紡糸エレクトレット超極細繊維膜の学術的理解に向けて、大きく前進する。得られる知見は関連学術領域の研究者・技術者に共有され、新しい材料、製造プロセス、素子化、応用展開といった、さらなる研究への波及が大いに期待される。
2022年度は以下に示す研究成果を得た。
・研究成果1：非強誘電性ポリマーであるアタクチックポリスチレン(aPS)からなる強誘電エレクトレット超極細繊維膜を作製し、当該繊維膜の3次元構造と3次元帯電分布、およびこれらの分布形成のメカニズムの基礎部分を明らかにした(Polymers, 14(9), 1840 (2022)など)。
・研究成果2：異なる電界紡糸条件(印加電圧、紡糸時間)でaPS超極細繊維膜を作製し、特に紡糸時間の変化に対して帯電特性や疑似圧電特性が大きく変化することを明らかにした(Polymers, 14(9), 1840 (2022)など)。加えて、この原因を説明するモデルを新規に提案した。
・研究成果3：複数種の非強誘電性ポリマーからなる強誘電エレクトレット超極細繊維膜を作製し、経時に対する帯電特性の変化を明らかにした(2022年繊維学会秋季研究発表会, 1B08, (2022)など)。特に、経時に伴う帯電電荷の漏洩が見られたため、これを低減する方法の提案と効果の検証も行った。
以上の研究成果は、電界紡糸エレクトレット超極細繊維膜の学術的理解に大いに貢献する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題は、非強誘電性ポリマーからなる強誘電エレクトレット超極細繊維膜の詳細な学理(3次元帯電分布や形成メカニズム、高密度帯電の要因など)を明らかにすることを目的としている。
2022年度は以下に示す研究成果を得た。
・研究成果1：非強誘電性ポリマーであるアタクチックポリスチレン(aPS)からなる強誘電エレクトレット超極細繊維膜を作製し、当該繊維膜の3次元構造と3次元帯電分布、およびこれらの分布形成のメカニズムの基礎部分を明らかにした(Polymers, 14(9), 1840 (2022)など)。
・研究成果2：異なる電界紡糸条件(印加電圧、紡糸時間)でaPS超極細繊維膜を作製し、特に紡糸時間の変化に対して帯電特性や疑似圧電特性が大きく変化することを明らかにした(Polymers, 14(9), 1840 (2022)など)。加えて、この原因を説明するモデルを新規に提案した。
・研究成果3：複数種の非強誘電性ポリマーからなる強誘電エレクトレット超極細繊維膜を作製し、経時に対する帯電特性の変化を明らかにした(2022年繊維学会秋季研究発表会, 1B08, (2022)など)。特に、経時に伴う帯電電荷の漏洩が見られたため、これを低減する方法の提案と効果の検証も行った。
以上の研究成果は、電界紡糸エレクトレット超極細繊維膜の学術的理解に大いに貢献する。また以上の計画以上の進展により、本研究課題は当初の計画以上に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度に蓄積した、非強誘電性ポリマーからなる強誘電エレクトレット超極細繊維膜の3次元構造と3次元帯電分布の実験的評価に関するノウハウを十二分に活用して、異ななる非強誘電性ポリマーからなる当該超極細繊維膜の帯電特性やこの経時特性を明らかにする。さらに、経時に対する帯電電荷の漏洩が無視できない場合は、改善策を発案し、効果を検証する。
加えて、上記に用いる複数種の非強誘電性ポリマーの物性値にも着目し、帯電特性やこの経時特性との関係を明らかにする。さらに、作製した繊維膜の高次構造をX線回折法や偏光赤外分光法などを用いて評価することにより、帯電特性との関係を明らかにする。また、異なる仕事関数を有する電極上に当該繊維膜を作製し、上記帯電特性を明らかにする。
本目的が達成されれば、電界紡糸エレクトレット超極細繊維膜の学術的理解に向けて、大きく前進する。得られる知見は関連学術領域の研究者・技術者に共有され、新しい材料、製造プロセス、素子化、応用展開といった、さらなる研究への波及が大いに期待される。
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