2019 Fiscal Year Annual Research Report
界面ストレン工学を基盤とした動力学協奏制御と高速立体転写の機能追求
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19H02446
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
遠藤 洋史 富山県立大学, 工学部, 准教授 (90455270)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リンクル / 3D造形 / 弾性毛管力 / 表面座屈 / 温度応答性 / キャピラリー折り紙 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
弾性薄膜に液滴を滴下すると、薄膜と液滴間に働く弾性毛管力に基づき、薄膜は自発的に3次元状に液滴を包み込むフォールディング挙動を示す。このCapillary origamiとも呼ばれる挙動は薄膜形状に依存して折り畳まれ、様々な形で内包流体を形作ることができる。本研究ではフォールディング挙動に着想を得た新たな立体造形技術の開発を目的とした。弾性薄膜には表面座屈現象により誘起された微細リンクル構造を有するポリジメチルシロキサン(PDMS)薄膜を用いた。リンクル薄膜で光架橋性オリゴマー液体をフォールディング後、内包液体をゲル硬化させ、リンクル構造が立体転写された3D造形体を構築した。さらに、膨潤-収縮挙動を示す外部応答性(温度応答型)を利用した造形体からの自発的な剥離も試みた。
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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
PDMSフィルムを自動長軸立体伸長装置に固定し、所定の高さにて突き上げ、その状態を維持してプラズマ処理)を行った。この時、表面にはシリカ-likeの硬化層が形成される。その後、伸長を一定速度で解放しストライプ型リンクル構造を誘起した。フォールディングの際の内包流体として、光架橋性オリゴマー(Polyethylene glycol diacrylate(PEGDA)に光重合開始剤(2-Hydroxy-2-methyl propiophenone)を混合し、撹拌することにより調整した。温度応答性を付与するため、上述のオリゴマー溶液にN-Isopropylacrylamide (NIPAm)モノマーを添加した。その結果、リンクル薄膜を用いた場合では、50度の温水中に投入した時に完全剥離する様子が観察された。一方、平滑膜を用いた場合では、いずれの温度においても完全剥離した。PNIPAmをUV硬化させるとPEGDA単体よりも柔らかいゲル状の造形体ができるため、薄膜と造形体の間に水が浸入しやすかったと考えられる。
また本研究成果は第68回高分子討論会にてパブリシティ賞を受賞し、各紙面を飾った。
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| Strategy for Future Research Activity |
フォールディング実験と併せて、半球状の伸長軸を活用した立体伸張法とプラズマ処理により、同心円状のリンンクル表面を作製し、構造解析を行った。AFM観察の結果、中心部はランダム状のヘリングボーン構造、境界領域ではダブルリンクル構造とリッジ構造、境界付近ではダブルリンクル構造がメインとして形成した。また、それより以遠ではストライプ構造が形成した。ストライプ領域では伸長率の増大に伴い、波長は小さくなり振幅は大きくなる傾向にあった。さらに、温度応答性高分子をフィルム表面に固定し、体積収縮を利用した薄膜の動的挙動を観察した。PNIPAmの有無およびリンクル構造の有無により差異が生じた。本成果も今後の研究に活用していく予定である。
また伸長装置の自動制御は行えており、実用化にはシステム全体の自動化が必要となる。
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