2012 Fiscal Year Annual Research Report
Biomimetic Designs of Interfaces
| Project Area | Innovative Materials Engineering Based on Biological Diversity |
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| Project/Area Number |
24120003
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
大園 拓哉 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 研究グループ長 (40344030)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒川 孝幸 北海道大学, 創成研究機構, 助教 (40451439)
平井 悠司 千歳科学技術大学, 光科学部, 講師 (30598272)
小林 元康 九州大学, 先導物質化学研究所, 特任准教授 (50323176)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | ゲル / 微細構造形成 / 光拡散 / 表面化学修飾 / トライボロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ｈ２４年度の計画は、弾性体であるウェットマテリアルの表面において、微細構造の作製とその表面の化学修飾法の調査であった。これに対し、我々は以下のような検討を行い、次年度に繋がる成果を得た。
①弾性体としてシリコーンゴム上に、トライボロジーテストにおいて重要であると考える比較的大きな周期の表面座屈構造（リンクル）の作製に成功した。この構造は応力で凹凸構造の有無を可逆的に制御できるため、派生的な応用として光拡散機能を評価しスイッチング可能な光拡散装置として利用できることが分かった。（特許出願済、論文投稿中）この構造はトライボロジー試験にすぐに利用できるものである。
②自己組織化高分子微細突起構造を柔らかいゲル上に固定、ゲルを圧縮することで、マイクロスケールの突起構造とサブミリスケールのリンクル構造が組合わさった階層構造が形成されることを見出した。さらにリンクル構造はゲルを圧縮・解放することで可逆的に構造の形成を制御することができ、しわ形成時には構造に異方性があることから、水滴の動的濡れ性にも異方性が生じることを確認した。
③均一な凹凸構造を有するハイドロゲルの作成法を検討した。ゲルを合成する際のガラス鋳型に規則構造を導入するために、リソグラフィまたは自己組織化により微細凹凸構造をシリコーン表面に形成し、その形状を水ガラスへ転写することで目的のガラス基板を作成した。こうして得られたガラス鋳型を用いて作成したゲルは、規則的な凹凸を有しており、特徴的な表面構造を有するゲルの摩擦特性を評価することが可能となった。
④水潤滑を発現する機能性分子として、側鎖にオリゴ糖を結合したビニルモノマーを合成した。これを表面開始重合に用いることで親水性ポリマーブラシの調製を試みた。
また、上記成果および、公になっていない研究内容の遂行に当り、班内外との連携も強めることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Ｈ２４年度はその計画である、弾性体であるウェットマテリアルの表面において、微細構造の作製とその表面の化学修飾法の調査、という観点から着実な成果が得られている。
具体的には、①トライボロジー試験に対応できる比較的大きい周期のリンクル構造の作製に成功し、この作製と同時にトライボロジー試験装置について立ち上げおよび議論を行えている。さらに、派生的な光拡散機能を見出している。②ハイドロゲルへの概念応用が可能な、自己組織化多孔膜に基づくリンクル構造作製法を見出している。③ハイドロゲル表面へのリソグラフィ―を含む一般的な微細構造の転写法が確立され、摩擦特性への影響を評価できるに至った。④ウェット表面での利用を意識した親水性ポリマーブラシの調製の検討を行い、ハイドロゲル表面の化学改質への素地ができた。
上記①―③の成果は、ウェットマテリアルの表面への構造形成技術の多様性を示すものであり、本年度の目標を概ね達成しており、一部はそれ以外にも派生成果が得られている。また④では、具体的な表面改質法について検討がなされており、概ね目標を達成できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
H２４年度は、可逆的に変形可能な微細構造を持つソフトマテリアル（北大・黒川）を自己組織化技術（東北大（現在千歳科学技術大）・平井）と微小溝技術（産総研・大園）に基づき作製できることを確認し、さらに材料の特性に合わせたナノメートルオーダーの表面の改質（九大（現在工学院大学）・小林）の可能性を探索した。よって、H２５年度は主に、作製した構造に対し、より積極的にトライボロジー評価とその構造・可変性の相関を調査する。以下に具体的な課題を述べる。
●変形可能な微細構造の作製：特にトライボロジー評価に向けた、ハイドロゲル、エラストマーにおける構造作製を、昨年得られた知見を発展させて行う。●上記の構造に応力を加えたときの変形量、接触変形性のトライボロジー評価●上記の構造への表面化学修飾技術の開発とそのトライボロジー特性への効果の評価●上記①②の構造以外でも、生物や自然からの可変構造を観察（海洋フィールドワークによる採集作業も含め）などを通じ、実用機能へのデザインへ向けて理解を深める●上記活動において班間連携に対しても積極的に行う。
これらの課題に取り組むことで、論文発表、学会発表、特許出願などへの具体的成果を目指す。
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