2017 Fiscal Year Annual Research Report
棒状あるいは平板状粒子・分子を含む複雑流体の塗布による配向膜形成技術の開発
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16H04266
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
高橋 勉 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (20216732)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 分子配向膜 / 塗布 / 液晶性色素 / 懸濁液 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
偏光膜や色素型太陽電池，電池の高性能化・低価格化に必要な技術として，色素会合体や炭素繊維・粒子など棒状や平板状の粒子・分子を液体に分散し平板上に塗布するだけで簡便にこれらが配向した膜を形成する技術の開発を目標とする．ガラス繊維などの懸濁液や色素会合体によるクロモニック液晶を塗布することで粒子または分子が配向した膜を形成する．平成29年度は研究実施計画に従い塗布過程の配向状態を可視化するための塗布装置，アプリケータなどを稼働できるように制御プログラムの作成やシステム設計を行った．これらを用いて所定の湿度，温度などの雰囲気下で所定の塗布速度で塗布，乾燥が行える装置となるよう調整を行った．さらに，マルチドメイン構造を形成する液晶性色素溶液が塗布，すなわちせん断流動においてダイレクタの配向とドメイン融合を示す過程をレオメータに組み込んだ光学異方性測定装置を用いて解析した．ステップせん断を与えると液晶性色素溶液は複屈折を示し，流動停止により回復する．これよりドメインの融合と配向の過渡的変化を求め，せん断速度との関係を明らかにした．また，平成30年度に本格的に測定を行う予定である液膜表面の配向状態を反射光の光学異方性の時間的変化から明らかにする手法に関して，実験装置の製作とソフトウェアの検討，および予備実験を行った．予備実験では乾燥した塗布により配向した薄膜を用いて反射光異方性と塗布方向に関係があることを確認した．さらに，ｓ偏光とｐ偏光の反射による異方性の差の過渡的挙動を測定するための計測システムのベースを構築し，動作確認を行った．
さらに，塗布膜の乾燥過程において過渡的に減少する膜厚を可視化画像から定量的に求める手法を検討した．これについてはケンブリッジ大学Alexander F. Routh教授との共同開発を行った．大学院生1名をケンブリッジ大学に派遣してRouth教授のもとで装置の製作，予備実験を行った．
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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
平成29年度に予定していた塗布器（アプリケータ）の設計・製作についてはガラス製の可視化可能なものを製作し，使用可能な状況にある．塗布装置は平成28年度に基礎部分を製作し，制御ソフトウェアと観察，測定用のソフトウェアの製作を行った．これらは計画書の予定通りの進捗である．
また，これらの装置を使い塗布過程におけるアプリケータ塗布面の液晶性色素の流動状態，配向による光学異方性の発現状態をマイクロスコープにより可視化し，塗布条件による違いを確認している．これに加えてレオメータおよびせん断可視化装置による流動中の液晶性色素の観察，光学異方性の測定を行った．さらに，ガラス繊維懸濁液のせん断流動場での配向状態の可視化などを行い，観察画像から粒子の配向状態（配向度）を算出するためのプロセスと画像処理プログラムを作成した．これによりせん断流動による繊維の配向度の時間的変化を定量的に求めることができた．
液晶性色素の流動中の光学異方性の変化についてはその成果を学会で口頭発表しており，予定に従って概ね順調に進捗していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は塗布により形成された液膜における分子・粒子配向状態を定量的に求めるための液膜表面の反射率異方性による表面配向度評価技術を完成し，測定を行う．すでに平成29年度に基礎的な装置，測定スキームを構築し予備実験が完了しており，これらを発展して実際の液晶性色素や高分子液晶などの塗布膜の表面における分子配向状態を測定する．特に，塗布後の乾燥過程における配向状態の過渡的な変化について注目し，配向状態の形成，擾乱の発生などについて検討を行う．
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Research Products
(2 results)
