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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Development of a Process for Preparation of Robust Structurally Colored Coating Films

Research Project

Project/Area Number 18K19132
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

片桐 清文  広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (30432248)

Project Period (FY) 2018-06-29 – 2022-03-31
Keywords構造色 / 電気泳動堆積法 / コロイド粒子 / コーティング膜 / 電解析出法 / 黒色物質
Outline of Annual Research Achievements

構造色は微細構造における光の散乱や干渉によって発色するもので、色素等とは発色メカニズムが全く異なる色材として注目されている。粒子集積体による構造発色性材料はその代表例であるが、構造安定性が乏しく、耐熱性が低いことが実用を目指す上で問題であった。本研究課題では、耐摩擦特性を有し、かつ高温環境でも色調が変わらない「ロバスト」な構造色コーティング膜の作製手法の開拓に挑戦することを目的としている。
前年度までは構造発色性電着膜の耐摩擦性と耐熱性の向上をターゲットとして研究を遂行した。電着による粒子堆積膜作製時にバインダーとなるMg(OH)2を同時電析させることで高い耐摩擦性を有するコーティング膜が得られることを明らかにした。コーティング膜の構造発色性の耐熱性向上についても取り組んだ。粒子堆積型コーティングで鮮やかな構造発色を実現するためには光の多重散乱を吸収する黒色物質の添加が必要であるが、これまで主に用いてきたカーボンブラックやFe3O4はいずれも高温でその黒さを失ってしまう。そこで添加する黒色物質として耐熱性を有する材料の探索を行った。
2021年度には、前年度に合成した耐熱性を有する各種黒色物質を用いた粒子堆積膜の構造発色性の耐熱限界温度の比較を行った。Ca-Mn系金属酸化物を用いた場合、黒色物質そのものは1000℃以上の耐熱性があるが、これを添加した粒子堆積膜の構造発色は700℃までは維持されるが、それを超えると変色した。解析の結果、SiO2粒子が黒色物質中のCa成分と反応してCaSiO3を生成することでSiO2粒子の球形が黒色物質と接している部分で変形してしまうことがその要因であることが分かった。この結果を踏まえ、CaなどのSiO2と反応しやすい元素を含まない金属酸化物黒色物質を用いたところ、SiO2粒子そのものが軟化変形する温度域まで構造発色を維持できることが分かった。

  • Research Products

    (12 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Reversible conjugation of biomembrane vesicles with magnetic nanoparticles using a self-assembled nanogel interface: single particle analysis using imaging flow cytometry2022

    • Author(s)
      Mizuta Ryosuke、Sasaki Yoshihiro、Katagiri Kiyofumi、Sawada Shin-ichi、Akiyoshi Kazunari
    • Journal Title

      Nanoscale Advances

      Volume: 4 Pages: 1999~2010

    • DOI

      10.1039/D1NA00834J

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Understanding the Electrophoretic Deposition Accompanied by Electrochemical Reactions Toward Structurally Colored Bilayer Films2022

    • Author(s)
      Naoki Tarutani, Ryo Uesugi, Kensuke Uemura, Kiyofumi Katagiri, Kei Inumaru, and Yukikazu Takeoka
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: ASAP Pages: ASAP

    • DOI

      10.1021/acsami.2c04635

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Environmentally Benign Synthesis and Color Tuning of Strontium-Tantalum Perovskite Oxynitride and Its Solid Solutions2021

    • Author(s)
      Sakata Takuya、Yoshiyuki Risa、Okada Ryoki、Urushidani Sohta、Tarutani Naoki、Katagiri Kiyofumi、Inumaru Kei、Koyama Kyohei、Masubuchi Yuji
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 60 Pages: 4852~4859

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.0c03758

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Size Effect of Hydroxide Nanobuilding Blocks and Nonionic Block Copolymer Templates on the Formation of Ordered Mesoporous Structures2021

    • Author(s)
      Tarutani Naoki、Katagiri Kiyofumi、Inumaru Kei、Ishigaki Takamasa
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 125 Pages: 4883~4889

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.1c00713

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 遷移金属水酸化物ナノ粒子の合成と電気化学特性の調査2022

    • Author(s)
      木村 奏太・樽谷 直紀・片桐 清文・犬丸 啓
    • Organizer
      第60回セラミックス基礎科学討論会
  • [Presentation] フォトニックボールにおける粒子配列の制御とその構造発色性と堅牢性向上の検討2022

    • Author(s)
      中谷 優太・山中 隆弘・樽谷 直紀・片桐 清文・犬丸 啓・坂井 美紀・竹岡 敬和
    • Organizer
      第60回セラミックス基礎科学討論会
  • [Presentation] 電気泳動堆積法によるコロイド粒子集積体の配列制御:電着ゾルと泳動条件2021

    • Author(s)
      川口 堅大 ・樽谷 直紀・片桐 清文・犬丸 啓
    • Organizer
      日本ゾル-ゲル学会第19回討論会
  • [Presentation] 多元素を組み合わせた層状水酸化物ナノ粒子の合成2021

    • Author(s)
      樽谷 直紀・平木 佑佳・片桐 清文・犬丸 啓
    • Organizer
      日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
  • [Presentation] SiO2球状粒子からなるフォトニックボールにおける粒子配列と堅牢性の制御2021

    • Author(s)
      中谷 優太・山中 陵弘・樽谷 直紀・片桐 清文・犬丸 啓・坂井 美紀・竹岡 敬和
    • Organizer
      日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
  • [Presentation] 発色耐熱性を有する粒子集積型構造色コーティング膜の作製2021

    • Author(s)
      山中 陵弘・樽谷 直紀・片桐 清文・犬丸 啓・竹岡 敬和
    • Organizer
      日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
  • [Presentation] 高い耐熱性を有する微粒子集積型構造色コーティング膜の作製2021

    • Author(s)
      山中 陵弘・樽谷 直紀・片桐 清文・犬丸 啓・竹岡 敬和
    • Organizer
      第11回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] 多成分系水酸化物ナノ粒子の合成と合金化の試み2021

    • Author(s)
      平木 佑佳・樽谷 直紀・片桐 清文・犬丸 啓
    • Organizer
      第11回CSJ化学フェスタ

URL: 

Published: 2022-12-28  

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