感圧及び感温特性を有した機能性3D模型の作製法の開発

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K14595
• Research Institution: Toba National College of Maritime Technology
• Principal Investigator: 亀谷 知宏 鳥羽商船高等専門学校, その他部局等, 准教授 (70734854)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 感圧塗料 / 感温塗料 / 複合センサ / 3Dプリンタ

Outline of Annual Research Achievements

3Dプリンタ装置で，感圧色素および感温色素を含んだ模型（感圧・感温模型）を作製するにあたり，2017年度よりバインダーとしてのペースト状樹脂の特性を調査してきたが，これまでにあまり良い特性のペースト状の樹脂が見つかっていない．そこで2018年度は，2017年度の結果からシリコンシーラントが圧力感度を有していることが分かったため，ひとまずバインダーをシリコンシーラントとし，作製した感圧樹脂と感温樹脂のサンプルの圧力感度や温度感度，光劣化特性などについてより詳細に調査した．2017年度に引き続き，感圧色素には白金ポルフィリン(PtTFPP)を用いた．また感温色素にはZnS-AgInS2 (ZAIS)ナノ粒子を用いることとした．各色素をシリコンシーラントに混合し作製した感圧樹脂および感温樹脂のサンプルについて静的特性を調査し，従来のTLCプレートをバインダーとして用いた感圧塗料および感温塗料のサンプルの静的特性と比較したところ，圧力感度，温度感度，光劣化特性についてはシリコンシーラントを用いることによる特性の悪化は見られなかった．
2017年度にペースト状の樹脂を出力する3Dプリンタ装置を確立し，ペースト状樹脂の出力量を目的の量（速度）に調整できるようになっている．そこで2018年度は，特性調査と併行して，実際にシリコンシーラントで模型の形成を試みた．しかし，シリコンシーラントの出力条件を大まかに定めることはできたが，出力したシリコンシーラントがステージに吸着せず，模型の形成には至らなかった．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

バインダーとしてシリコンシーラントを用いた感圧樹脂および感温樹脂のサンプルについて感圧特性，感温特性，光劣化特性を調査した．感圧樹脂サンプルは色素にPtTFPPを用い，PtTFPPのトルエン溶液をシリコンシーラントに混合し乾燥させることで作製した．バインダーにTLCプレートを用いたPtTFPPの感圧塗料のサンプルを作製し，感圧樹脂サンプルの特性と比較した．その結果，感圧樹脂サンプルの特性は感圧塗料サンプルの特性と遜色ないものであった．さらに感温樹脂ついても，色素にZAISナノ粒子を用い，ZAISナノ粒子のトルエン溶液をシリコンシーラントに混合することでサンプルを作製し，同様に特性を調査した．感温樹脂サンプルの特性も，バインダーにTLCプレートを用いたZAISナノ粒子の感温塗料サンプルの特性と同程度の結果となった．以上のことから，シリコンシーラントの低い酸素透過性に起因する低い圧力応答性を除いて，十分な感度特性，光劣化耐性が得られたため，バインダーはシリコンシーラントとして模型の作製を進めていくこととした．
2018年度はバインダーにシリコンシーラントを用いることにしたため，まず色素を混合せずにシリコンシーラントのみを3Dプリンタ装置で出力し，出力の様子から出力ノズルの径とそのノズル径に適した出力速度を決定した．それらの設定値でシリコンシーラントを出力し模型の形成を試みたが，出力されたシリコンシーラントがステージ上にうまく吸着しなかった．2019年度はノズルの治具を工夫するなどして，シリコンシーラントで模型をステージ上に形成し，実際に色素を混合したシリコンシーラントにより，感圧・感温模型の形成を目指す．

Strategy for Future Research Activity

2018年度に引き続き，バインダーにシリコンシーラントを用いて感圧模型および感温模型の作製を試みる．2018年度には出力ノズルの先端とステージとの距離が離れすぎていたことから模型の形成ができなかったため，2019年度はまず出力ノズルを固定する治具の改良を行い，シリコンシーラントによる模型の形成を目指す．その後，その3Dプリンタ装置を用いてPtTFPPを混合したシリコンシーラントから感圧模型を作製する．作製した感圧模型の圧力特性や温度特性，光劣化特性について調査する．感温模型についても同様に，感温色素であるZAISナノ粒子を混合したシリコンシーラントから3Dプリンタ装置で作製し，静的特性について調査する．ここで得られた感圧模型と感温模型の静的特性と，2018年度に得られた3Dプリンタを用いずに作製した感圧樹脂と感温樹脂のサンプルの静的特性とを比較することで，3Dプリンタで作製したことによる影響の評価を行う．
感圧模型および感温模型の特性を調査した後，感圧・感温模型の作製を行い，静的特性の調査を行う予定である．ここで作製する感圧・感温模型では，感圧色素と感温色素との間で相互干渉問題が生じていないことを確認する必要がある．両色素間の相互干渉は発光スペクトルから確認できるため，分光器や光源などからなる発光スペクトル取得装置の構築を行う．発光スペクトル取得装置の構築は感圧模型や感温模型の作製や特性試験と併行して行う．

Causes of Carryover

感圧・感温樹脂模型の相互干渉の確認のために発光スペクトルの測定を予定していたが，現時点で模型の作製まで至っていない．そのため，2018年度予算の内，分光器購入のための予算を2019年度に使用することとなった．
以前TLCプレートで作製した感圧・感温センサの発光スペクトルを取得することで，装置の性能・動作確認を行い，感圧・感温樹脂が作製でき次第，発光スペクトルの計測ができるよう計画し，分光器購入が遅れたことによる影響が生じないようにする．