2018 Fiscal Year Research-status Report
太陽光での自律拍動を目指したゲルアクティブマターの構築と制御
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18K05061
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
成田 貴行 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (30423560)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 温度ヒステリシス / 光駆動型拍動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
黒色顔料を含むPNIPAM-co-AAcゲルの白色光下における体積挙動と温度変化
温度応答性ゲルと顔料をコンポジットした光-熱変換型の光応答性ゲルを用いて白色光下での自律拍動するゲルの構築を試みている。白色光は以前使用したレーザー光の約1/30倍の照度であるため受光によっては体積転移温度まで容易に達しない。また、この光-熱変換による温度上昇は、ゲルの受光面積を大きくすることで解消されるが、ゲルの変形速度はサイズが大きいほど遅いので拍動条件に適さない。そこで、ゲルに孔を開け、水-ゲル界面を増やすことで変形速度の課題克服を試みた。T0=36℃と設定したゲルは、受光によって42℃付近までの素早い温度上昇とそれに伴う80%程度の体積収縮を示した。孔が無い場合に比べ約23%収縮速度が増加した。ゲル温度は収縮後、ピークに至り速やかに降下した。この温度差（ピーク値-温度低下値）は、孔が無いゲルに比べ約53%増加した。この結果は、ゲル-水界面の増加が、収縮及び膨潤時の速やかな水の出入りを容易にすることを示している。一方、初期環境温度の増加は、光照射による高温域までの昇温、大きな体積収縮さらには温度降下を可能にし、T0=36℃で約1.7倍の収縮と約2.6倍の温度降下（T0=30℃比）を確認できた。
温度ヒステリシスを持つ感温性色材が示す白色光下での色調及び表面温度の変化挙動
温度ヒステリシスを持つ感温性色素を調製し、着色・消色する転移温度が異なることを利用して、定常光下も自律的な着色・消色サイクルを示す色材の創製を目的としている。温度ヒステリシスを持つ感温性色素を調製し、調製した色素に可視光を照射することで温度の変化挙動を検討した。 調製した感温性色素は低温で黒色、高温で透明であり、光照射時には消光時には見られない、温度及び透明度の揺らぎが確認できた。
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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
ゲル自身が拍動して自励ポンプとして働かせるゲルからのアプローチと、定常光下で振動しる色素の開発の二つの面からアプローチしている。前者は太陽下でのレスポンスには成功したがまだ自励振動には達していない。一方、後者の調製した感温性色素は、色度の振動が確認することに成功した。しかし拍動周期が多くあり不安定であること、振幅が小さいことから実用性は乏しい。いくつかの解決方法が挙げられるのでこれについて今後検討をして行く。
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| Strategy for Future Research Activity |
今回の条件設定では白色光下での拍動は確認できなかった。その原因として再膨潤に至るために必要な温度降下が不十分であることが推察される。このため、応答速度の速いゲルの調製を試み太陽光下での拍動を成功させる。
定常光下で振動する色素の開発では、特性温度振幅は非常に小さく温度振動は小さい。特性周期がほとんど一致し、この揺動は消光時及び非受光部分では確認できないことから、定常光での自律的な着色・消色サイクルが可能であることが示されている。これは小さい温度振幅は透明化に伴う温度低下が効率ではないことに起因している。今後、ヒステリシス挙動の改良を主に行てゆくことで改善する。
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| Causes of Carryover |
以前試算していた研究の予想とは異なったため、消耗品と備品は支出が減った。より確立性の高い実験を行うために次年度への繰り越しを行った。
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