2020 Fiscal Year Annual Research Report
粒子試料支持体への応用に向けたカーボンナノチューブヤモリテープ強力接着機構の実現
| Project/Area Number |
20H02029
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
平原 佳織 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40422795)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | カーボンナノチューブ / 接着 / ヤモリテープ / 衝撃吸収特性 / 撃力 / 高速接触 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
配向CNTの動体接着メカニズムの理解・制御
［衝突試験］配向カーボンナノチューブ(CNT)に対し直径0.5～1mmのステンレス(SUS)球を衝突させ、衝突速度と接着特性の相関を調べた。結果は、SUS球がある衝突速度域で配向CNTに捕捉されるという矢野らのマイクロガラス球による先行研究と一致する傾向を示し、直径1mmのSUS球は2～7m/sの衝突速度で高確率で捕捉された。捕捉されたSUS球の接着力計測から、従来のゆっくり圧着させる方法に比べて衝突時の方が有意に高い接着力を示すことが示された。さらに、SUS球が捕捉される場合は配向CNTにより完全に衝撃が吸収されており、これがSUS球の捕捉可否を決めることも示唆された。配向CNTがSUS球による撃力を完全に吸収する場合、高確率で配向CNTに亀裂が生じるだけでなく、反発時に比べ配向CNT中のより広範囲に衝撃による振動が伝播することがハイスピードカメラで可視化された。高速衝突系では、接着界面近傍のCNT形態だけでなく、このような動的変形・衝撃吸収特性と配向CNT形態との相関を調べることも重要であることが示唆された。
[高速接触試験]衝突時の配向CNTの接着力増大は真実接触面積の増大に由来すると考えられるが、衝突時は高速で接触すると同時に配向CNTを大きく押し潰す。高速接触が接着力増大にどのように寄与するか調べるために、SUS球を配向CNTに接触させた状態から、ピエゾアクチュエータを用いて高速移動させて約10um圧縮し、接着力を調べた。その結果、従来の低速で圧縮する場合に比べ、同じ圧縮量で約8.8倍の予荷重が負荷でき、与えた予荷重に応じた接着力が得られた。このことは、高速で変位させれば、配向CNT全体を押し潰さず十分な接着力が得られる可能性を示唆している。また、得られた結果は配向CNT中のCNT凝集形態と相関があることも示唆された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
配向CNTの動体接着メカニズムの理解・制御のために、本年度は衝突試験による接着特性評価を予定していたが、計画の内容は、全て実施することができている上、２，３年目に実施を検討していた、ピエゾアクチュエータを用いた微小高速変位による接着試験も、前倒しで行うことができている。いずれも、経験則的に接着力の向上する条件を把握できたとともに、配向CNTそのもののなす、CNTネットワーク構造における凝集密度や形態の違いによって、得られる接着特性が変わる傾向があることを示した。計画では、CNT先端凝集構造とマイクロ球の接着接着特性との相関を調べることも項目として記載していたが、これは翌年以降に順番を変更することとした。しかしながら、前述の通り、ピエゾアクチュエータを用いた高速接触実験の結果から、配向CNTの先端凝集構造と接着力の相関について、ある程度調べることができている。この結果を基に、次年度以降、接着特性、構造制御の双方の研究項目を発展させていくことができる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
配向CNT全体を大きく変形させずCNT先端近傍に局所的に応力を与える新しい機構を確立するため、2020年度には配向CNT に対して被着対象の粒子を高速衝突させる、CNT先端に軽く接触させた状態で縦衝撃を与える、の2つの方法で、いずれの場合も 、接着力が増大する条件が存在することを見いだした。2021年度は、変位の大きさ(埋め込み量)やひずみ速度をパラメータとして、接着力増大の条件をより詳細に把握するとともに、配向CNTの構造情報や粘弾性、動体の質量やサイズ、衝突条件との相関を調べる。さらに、高速接触における接着・CNT変形過程を観察するために、電子顕微鏡(SEM)マニピュレータを改造する検討を進め、CNTのマイクロ・ナノスケールの形態および変形特性と、接着力を発現する仕組みとの関係を明らかにすることを狙う。
マイクロ粒子試料に対する接着機構の理解と制御：被着物の表面形態に応じて効率よく接着力を稼ぐための、ヤモリテープ形状最適化に関する指針を得るため、配向CNTからなるヤモリテープの接着面におけるCNT凝集形態制御を行っていく。マイクロ球一個レベルの接着力計測や、接着界面近傍におけるCNT変形観察を行い、個々のCNT先端の被着面追随性について、予荷重・埋め込み量の大きさに加えてCNT凝集形態の影響を明らかにする。
|
