2020 Fiscal Year Annual Research 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 | 温度応答性ゲル / 光駆動 / 自律拍動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
温度応答性ゲルである Poly N-isopropyl acrylamide(PNIPAM)に顔料をコンポジットすることで容易に光‐熱変換型の光応答性ゲルを作り出せる。ゲルが収縮状態である場合、ゲルの光‐熱変換能が低下することと、体積転移する収縮温度と膨潤温度に差（温度ヒステリシス）を持たせることで、光応答性ゲルが光駆動型自律拍動ゲルへと発展できることが理論的に示されている。本研究では白色光を用いたゲルの光駆動型自律拍動を目的とした。市販の白色光源はエネルギー密度が小さく、ゲル温度を光で十分に上昇させるためにはゲルの大面積化を図る必要がある。一方でゲルサイズが大きいほど変形速度は遅くなるので拍動に適さない課題がある。そこでゲルに孔を空け、水‐ゲル界面を増やすこと及び、ゲルの架橋密度を減らすことでゲルの変形速度にかかる制約を克服することを試みた。これらの効果及び環境温度がゲルの拍動に及ぼす影響を調べ、白色光下でのゲルの自律拍動条件を検討した。NaOH に浸漬させたゲルは浸漬前と比較して約 1.4 倍(面積比)に大きくなった。これはゲル内部の架橋鎖がNaOH によって加水分解されたためと考えられる。また、このゲルに白色光を照射したところ、すべての 条件 において速やかな温度上昇と収縮転移温度(36℃)への到達がみられ、それに伴うゲルの収縮が確認された。ゲルの収縮とともにゲル温度は降下し、ゲルの再膨潤が確認されたが、再膨潤後の最大体積にはばらつきがあった。これらの条件ではその後、小さな温度の再上昇が確認されたが、環境温度20℃以外の条件では再収縮が確認されなかった。これは再膨潤後の昇温が収縮転移温度に到達しなかったためと考えられる。この結果は数値シミュレーションによって得られたものとほぼ一致しており、環境温度 がゲルの拍動に対して与えた影響だと考えられる。
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