2018 Fiscal Year Annual Research Report
ナノペーパーと導電性インクの秩序構造形成を司る統計的流動の力学
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18H01365
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
花崎 逸雄 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (10446734)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ソフトマター / ソフトマテリアル / ゲル / ネットワーク構造 / 分散 / 水素結合 / フィラメント / 繊維 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プリンティッドエレクトロニクスとフレキシブルデバイスの両方の文脈で注目される素材であるナノペーパー，すなわちセルロースナノファイバー分散水を乾燥させて作製するシート状の材料について，そのセルロースナノファイバー分散水の微視的（ミクロ）な状態を実験的に評価する方法論を確立した．個々のセルロースナノファイバーのフィラメントは細いため光学顕微鏡で直接観察することができない．また，ＳＥＭで乾燥試料が観察されることが多いが，水中の試料を観察することができない．一方，ＡＦＭでは試料の表面だけが測定の対象となる．このような背景から，マクロな系としては幾つかの報告事例があっても，セルロースナノファイバー分散水の微視的な状態を実験計測する試みは例がなかった．本研究では，試料に微粒子を分散させて光学顕微鏡とカメラで動画を撮影し，得られたブラウン運動の軌跡群データを統計力学的に読み解くことによって，セルロースナノファイバー分散水の微視的状態を定量評価できることを明らかにした．粘度と対応関係のある拡散係数の値だけではなく，変位分布や平均二乗変位の時間的なスケーリング挙動から微粒子に対する空間的拘束の状況を定量評価できる．この手法の有用性は多岐にわたるが，本研究の現在の状況において特に有用であるのは，セルロースナノファイバー分散水の試料作製方法が試料の状態に与える影響を評価できるということである．セルロースナノファイバー分散水の濃度を調整する際には，適宜希釈してから攪拌を行う必要がある．攪拌の方法には，機材だけでも多岐にわたる選択肢がある．しかも，それらの機材をどのような条件と手順で使用するかによっても，攪拌の効果は異なってくる．このような理想から離れだ状況で個別的な条件の影響を知りたい場合，実験データを直接解析することによって定量評価が実現することは大変有意義である．
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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
セルロースナノファイバーを水中に分散させた試料について，ＳＥＭでもＡＦＭでも光学顕微鏡でも直接観察ができないという技術的課題に対して，微粒子を分散させてブラウン運動の特徴から試料の微細構造を定量的に解析することを可能にした．実験計測データ解析に基づくアプローチであるため，試料の作製方法など個別的で理想化の難しい対象に柔軟に対応できる体制を確立できた意義は大きい．
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| Strategy for Future Research Activity |
セルロースナノファイバー分散水と導電性インクの両方に対して，顕微鏡動画データ解析に基づく現象のメカニズム解明を進めてゆく．
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