2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of shape control technology of liquid droplet based on liquid marble engineering
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20H02803
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
藤井 秀司 大阪工業大学, 工学部, 教授 (70434785)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邉 哲 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80402957)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | リキッドマーブル / 液滴 / 気液界面 / 高分子粒子 / 吸着 / 多面体構造 / ハンドリング / 形状制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、液滴と粒子のサイズが同等の次元において、高分子粒子によって安定化されたリキッドマーブルを作製し、その形状・構造、安定性について、高分子化学、界面化学を学術基盤とした科学的理解を行うことにある。さらに、合一によるリキッドマーブルの形状制御に取り組むとともに、リキッドマーブルをプラットホームとする非球状高分子粒子の創出を目指す。令和2年度は、リキッドマーブルの作製および形状・構造、安定性評価を目的とし、下記2項目について検討を行った。
1.安定化剤の作製および構造・物性評価
板状（2次元）および立体形状（3次元）のミリメートルサイズの高分子粒子を作製し、表面処理を行った。さらに、粒子の形状、サイズ、表面化学を評価した。具体的には、ポリエチレンテレフタレート（PET）フィルムから、カッティングプロッターを用いて、四角形、六角形の板状粒子を切り出すことで2次元安定化剤を作製した。また、PET板をフライス盤を使用して切削、または3Dプリンターを用いた造形により、立方体、三角錐の3次元形状を有する粒子を作製した。作製した粒子に対して、シランカップリング剤を用いて表面疎水化処理を行った。さらに、生成粒子の形状、サイズ、臨界表面張力、表面化学を評価した。
2.リキッドマーブルの作製および形状・構造、安定性評価
上記項目で作製した高分子粒子の乾燥粉体上で水滴を転がすことで、液滴表面に粒子が吸着したリキッドマーブルの作製に成功した。液滴に対して粒子のサイズが小さい場合、扁球状のリキッドマーブルが生成し、液滴と粒子のサイズが同等の場合、4面体、5面体、6面体等の多面体構造を有するリキッドマーブルが生成することを明らかにした。また、リキッドマーブルは、数ミリメートルの高さから落下させても安定に存在することを明らかにした。
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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
令和2年度の研究計画通り、板状（2次元）および立体形状（3次元）のミリメートルサイズのリキッドマーブル安定化剤を合成し、リキッドマーブルの形成性、形状・構造、安定性について知見を蓄積した。計画通り目標を達成することができた。また、令和3年度の研究計画の準備実験も開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度も、研究分担者との連携を通じて、液滴と粒子のサイズが同等の次元において液体と固体が形成する組織体（リキッドマーブル）の構造、形状制御性について理解の深耕に努める。具体的には、下記の点について研究を推進する。
1.安定化剤の作製および構造・物性評価：ポリエチレンテレフタレート（PET）フィルムから、カッティングプロッターを用いて、円形、五角形等の板状粒子を切り出すことで2次元安定化剤を作製する。また、PET板をフライス盤を使用して切削し、円柱、四角錐等の3次元形状を有する粒子を作製する。作製する粒子の表面疎水化処理を行うことで、種々の親水性・疎水性バランスを有する粒子を合成する。
2.リキッドマーブルの作製および形状・構造、安定性評価：リキッドマーブルの形状、液滴表面における粒子配列構造、被覆率、粒子吸着数および粒子の変形を、実体顕微鏡、光学顕微鏡を使用して評価する。リキッドマーブルの落下試験による衝突安定性、乾燥に対する形状安定性を評価する。
3.リキッドマーブルの形成メカニズムの解明：液滴表面への粒子の吸着挙動、気液界面で形成される粒子配列構造を明らかにすることで、リキッドマーブルの形成メカニズムを解明する。
得られた結果を取りまとめ、学会発表、論文投稿を行う。これまでに取得した知見と令和3年度に取得する基礎的データを有機的に繋げることで、リキッドマーブル工学に基づく液体ハンドリング法を確立したい。
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