2021 Fiscal Year Research-status Report

水の表面張力が駆動する薄膜リンクル構造の変形現象に関する研究

Research Project

Project/Area Number	19K14843
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	永島壮名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80800317)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	表面不安定 / 表面張力 / リンクル / フォールド / 薄膜 / 固体力学 / ナノ・マイクロパターン
Outline of Annual Research Achievements	軟質基板表面に密着した硬質薄膜に面内圧縮応力が作用すると，表面不安定現象が誘発され，面外変形に起因する凹凸パターンが自律形成する。凹凸パターンの形状・寸法は，薄膜と基板の弾性特性や寸法，応力状態などに応じて多様に変化することが知られている。本研究は，膜表面に接触した水滴が駆動する波状パターン「リンクル」から折畳パターン「フォールド」への変形現象に着目し，その制御機構解明と機能材料創製技術への応用を目的とする。令和３年度は，これまでに顕微鏡観察で明らかにした水滴近傍におけるリンクル平坦化に関連して，リンクルの形状・寸法変化における接線方向力の影響を解析できる可能性を確認した。上記の成果を含めて現在までに獲得した知見を国内学会講演会と国際会議で報告した。他の研究者たちとの議論から新たな検討課題を着想し，その実施に向けた準備を進めた。具体的には，現在まで対象としてきた単一方向に配列したリンクル「ストライプ」やランダムに配向したジグザグ状リンクル「ラビリンス」に加え，規則的に配向したジグザグ状リンクル「ヘリンボーン」の変形現象を明らかにすべく，小型二軸引張圧縮装置を製作してヘリンボーン作製環境を整備した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 令和３年度の研究計画は，（1）顕微鏡その場観察実験と数値シミュレーションによる水滴駆動薄膜リンクル生成・変形現象の制御機構解明と（2）獲得した知見に基づく機能材料創製である。（1）に関しては現在までに有益な結果を得ている一方，（2）に関しては機能表面の設計に結びつく知見の獲得に留まっている。以上より，今後更なる研究の発展が必要であり，やや遅れている状況にある。
Strategy for Future Research Activity	最終年度は，現象の制御機構を明らかにし，獲得した知見が機能材料の創製に結びつくことを実証する。研究成果を原著論文としてまとめ，国際学術雑誌に掲載する。特に，顕微鏡その場観察実験を軸として，水滴が駆動するリンクルの形状・寸法変化における初期ひずみの影響を明らかにする。理論解析と数値シミュレーションにより，平坦な構造体表面あるいはリンクル表面に作用する垂直力・接線力が，リンクルの生成やフォールドへの変形に及ぼす影響を明らかにする。以上により，硬質薄膜と軟質基板から成る薄膜基板構造体の表面に接触した水滴が駆動する薄膜リンクルの生成・変形制御機構を解明する。
Causes of Carryover	新型コロナウイルス感染症の影響により，実験に遅延が生じたり講演会がオンライン開催となり，研究経費を当初の計画通りに執行することができなかった。令和４年度は，遅延が生じている項目を速やかに実施し，研究成果を原著論文や講演会等で発表する予定である。