2017 Fiscal Year Annual Research Report
Novel Self-Assembly Process Using Nanofluid as Quasi Convective Medium
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16H04552
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宮原 稔 京都大学, 工学研究科, 教授 (60200200)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 哲 京都大学, 工学研究科, 講師 (80402957)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | コロイド結晶 / ナノフルイド / 自己組織化 / 移流集積法 / 相互作用力測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，コロイド粒子の移流自己組織化現象を利用した大面積・無欠陥の規則配列粒子膜の形成手法の確立を目指す。着想のポイントは，従来の単成分溶媒に代えて，ナノ粒子が分散した懸濁液（ナノフルイド）を媒体 として用いることによるコロイド粒子間の相互作用制御に立脚した，粒子膜構造設計にある。ナノフルイドの特性は懸濁するナノ粒子のサイズや濃度で多様に変化するため，原子間力顕微鏡を用いた精密な相互作用測定を行い，ナノフルイド特有のコロイド粒子間相互作用力の発現機構を明らかにする。得られた相互作用ポテンシャル を組み込んだシミュレーション解析により，相互作用が配列過程に及ぼす影響を詳細に検討し，実験結果との比較検討を通して，配列機構を解明する。
本年度は，昨年度構築した粒子膜作製実験手法と相互作用力測定手法を用いた検討をさらに深化させ，コロイド粒子膜の作製およびナノフルイド中でのコロイドプローブと基板間に働く相互作用力と摩擦力の測定という，２つの面から詳細に考察を行い，自己集積機構の解明を試みた。集積実験の結果，粒子膜の規則性を向上させるナノ粒子サイズはイオン濃度・pHによって変化し，最適なナノ粒子径は電気二重層を含む有効粒子径を考慮すべきという興味深い事実が明らかとなった。さらに，相互作用測定実験からは，ナノ粒子径が大きくなるにつれて潤滑力に起因する引力が小さくなること，およびナノフルイド中では摩擦力が軽減されることが明らかとなった。以上の結果より，凝集体を形成しない程度の適度な潤滑引力が移流過程の粒子に働くこと，また摩擦の軽減により乾燥過程における粒子の移動性が向上することが，規則性向上の重要な因子となることを見出した。
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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
研究実施計画に沿って検討を行い，その目的をほぼ達成することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの２年間で取り組んできた相互作用力測定をさらに深化させ，異なるナノ粒子サイズ，粒子濃度，粒子サイズ比，イオン濃度 ，pH条件下で測定を行い，特異な相互作用発現のメカニズムと集積挙動に与える影響を詳細に検討する。粒子間に働く特異な潤滑引力の発現機構の解明が目的である。さらに，相互作用測定実験やシミュレ ーション解析によらずとも，ナノフルイドの物性のみから構造を予測可能な解析モデルの構築に取り組む。これによって，ナノフルイドを移流媒体とした新規な自己組織化プロセスの構築へとつなげたい。
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